基于DSP和FPGA技术的细胞图像采集系统设计

基于FPGA和DSP的图像实时采集处理系统设计崔锡奎;刘敬猛【摘要】针对高分辨率图像的实时播放、存储，提出了一种基于 FPGA和DSP架构的图像实时采集处理方案．本方案以两片TI DM368系列DSP为核心处理器，采用 H．264编解码方式进行图像的编解码，以 EP2C35系列FPGA芯片作为协处理器进行图像的采集、颜色空间的转换及编解码后图像的传输．该方案能够对红外、可见光两路视频图像进行处理，运行可靠稳定，接口易更改，经过简单修改实现多种格式视频码流的采集处理．%For the real-time broadcast and storage of the high-resolution images,a real-time image acqui-sition and processing scheme based on FPGA and DSP architecture is proposed.In this system,two DSPs in series of TI DM368 are designed as core processors for image encoding and decoding with the encoded mode of H.264.FPGA in series of EP2C35 is used as coprocessor for image acquisition,color space conversion and the images transmission after encoding and decoding.This scheme realizes the vide-o and image processing for the infrared and visible light and results show that the operation is stable and reliable,the interfaces are flexible.Inaddition,several formats of video stream can be acquired and pro-cessed by simple modifications.【期刊名称】《安徽工程大学学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P32-35)【关键词】FPGA;DSP;图像采集;图像压缩【作者】崔锡奎;刘敬猛【作者单位】北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京 100191;北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TN925.1;TP274.2随着数字摄像机技术的发展，图像分辨率越来越高，帧率越来越大，接口的类型也越来越多样，因此，对于易更改接口类型的实时图像采集系统的需求也越来越多.传统的图像采集和处理平台大多依托DSP芯片作为核心器件，控制图像采集、存储和运算处理，但在一些实时高帧率的数字图像应用中，无法满足要求.本文基于FPGA和DSP架构，设计出一种高分辨率图像实时采集处理系统，具有体积小、功耗低、采集速率高、实时性好及接口易更改的优点，已经应用于某艇载设备.1 系统总体设计系统主要分为图像预处理部分和图像处理部分.其中图像预处理部分采用一片FPGA，主要完成数据的接入、颜色空间的变换、模拟视频数据的产生以及压缩码流的输出和时序控制.图像处理部分采用两片DM368系列DSP，用于完成两路视频的压缩和存储.系统的硬件结构如图1所示.FPGA接收串口发送过来的控制指令控制系统的工作模式，通过cameralink接口接收两路电视和红外视频信号，经过预处理后传送给DSP进行实时的H.264压缩.压缩后的数据返回给FPGA，实时导出或同时存放于NAND Flash中.图1 系统的硬件结构2 图像预处理系统系统采用Altera公司Cyclone II系列的EP2C35芯片.FPGA的设计采用自顶向下的模块化设计思想，主要模块按照功能划分如图2所示.图2 FPGA内部功能模块系统采集两路视频信号，一路是可见光信号，另一路是红外视频信号.图像采集转换模块主要完成3个功能，分别是数据的接入、颜色空间的转换及模拟视频数据的产生，对应于FPGA中Image＿rx＿286a模块和Image＿rx＿286b模块.其中，前者模块用于处理可见光信号，后者模块用于处理红外视频信号.标准的cameralink接口输出的28根信号，其中有用的信号为26根，包括行信号dval、场信号fval和24根颜色数据线.r、g、b 3色各占用其中的8位，颜色深度范围为0～255.由于显示设备要求输入的格式为yuv格式，因此，系统在预处理时进行了颜色空间的转换.rgb颜色空间与yuv颜色空间之间存在如下的关系，为了便于此算法在FPGA中的实现，推导如下：对系数矩阵整型化，在上述公式中左右各乘以1 024，即左移10位.负数取补码，保守一点，系数取12位，上述公式转化为：根据上述公式，调用3组乘加器，就能够实现颜色空间转换矩阵的功能，实现数据的流水线输出[1].图3 Cameralink时序图在没有真实相机的情况下为了测试方便，需要在FPGA内部产生模拟的相机信号.真实的视频信号包含了场信号fval、行信号dval和视频数据data，图像的分辨率为1 392＊1 040，相机信号时序图[2]如图3所示：产生场信号fval：压缩编码器要求每帧的像素至少1 394×1 040＝1 449 760，若取行间隔为100，帧间隔1 000，则每帧视频占1 554 760个时钟周期.因此，在实现过程中定义一个26位的计数器，复位时清零，当计数到1 554 760时重新计数.Fval在复位时置为低电平，当计数器开始计数时，将fval信号拉高，而当计数1 553 760时将fval拉低，其余时刻保持不变.产生行信号dval：与场信号类似，定义一个11位的计数器，复位时行信号置为低电平；当场信号无效时，计数器保持零状态；当场信号有效时，计数器开始计数；当计数到1 394＋100＝1 494时，计数器清零重新计数.在计数器再开始计数时，将行信号拉高；而当计数器到达1 394时，将行信号拉低；其余时间保持不变. 模拟数据信号：为了便于确认设计是否正确，数据信号最好是r、g、b多种颜色递变，既将颜色数据累加实现.当FPGA在工作过程中，选择对模拟视频信号进行处理还是选择对相机数据进行处理.此部分功能我2.1 图像采集转换模块们通过对FPGA内部的寄存器译码来实现，默认情况下选择输出测试用的模拟相机数据.2.2 压缩码流控制模块压缩数据码流控制模块Stream out，此模块用来完成对返回的压缩数据码流的缓存，读取并打包压缩码流成约定帧格式输出.视频经DSP压缩后，由DSP通过EMIF将码流写入FPGA，FPGA将码流进行分包并添加包头信息，通过Cameralink接口输出.由于系统包含了两路视频数据码流，两个cup（cup a和cup b）分别对可见光和红外图像进行H.264压缩，因此，在FPGA内部需要两个缓存模块.在这里用两个异步fifo作为压缩数据的缓存，fifo大小为4 096×8 bit＝32 kb.因为输出接口只有一路Cameralink接口，考虑对输出Cameralink接口进行复用设计，为此设计了一个仲裁逻辑来选择输出哪一类数据.仲裁逻辑如下：当fifo a数据大于1 024个数据时，一次读取1 024的数据并添加帧头、帧类型、帧序号等参数后打包输出；如果fifo a不足1 024但fifo b大于1 024个数据时，输出fifo b的数据；当fifo b有数据但不足1 024时，等待50 ms后如果没有写够1 024个数，就将数据全部读出将添加帧头、帧类型、序号等参数后打包输出，以此类推，若fifo a没数，就输出fifo b的数据.输出数据协议如图4所示.Head：帧头，固定为“0x FF005A3C”；Type：帧类型，最低两位为“0×1”表示视频输入1的压缩数据，“0×2”表示视频输入2，高位保留.SN：帧序号，连续视频流的帧序号；Length：帧长度，表示Data段数据长度；Data：帧数据，最大不超过1 024 Bytes；SUM：帧数据校验和，为Data数据的累加和.图4 输出数据协议3 图像处理系统图像处理系统主要是对预处理系统得到的视频数据进行压缩存储处理.该系统以TI公司的TMS320DM368为核心，该芯片为Da Vinci系列的最新型号，内部主要由ARM926、HDVICP和MJCP 3个核组成[3].其中，ARM926为主CPU，运行Linux操作系统，完成整个系统的初始化、模式控制以及其他接口控制.HDVICP和MJCP作为多媒体协处理器，主要完成音视频数据的编解码.该系统外接Nor Flash作为系统的程序区，存储板卡的启动信息、操作系统内核、应用程序等；DDR作为系统的运行缓存；NAND Flash为系统的文件系统，实现过程数据的存储和其他功能扩展.该芯片的原理框图如图5所示[3].图5 DM369芯片原理框图图像处理系统的重点是压缩方式的选择，为了获得更高的数据压缩比率，该系统采用的是H.264数字视频编解码标准.相比较于其他的编码标准，H.264最大优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍[4].基于Da Vinci平台系列的视频处理是调用编解码引擎来实现的.这种机制使得用户可以通过Codec Engine提供的VISA API接口调用ARM926端的程序，并通过这个接口将算法执行的结果返回给ARM926端的程序.视频编码线程的执行流程如图6所示.4 系统实测结果对系统总体功能进行测试，将此系统与相机和解压缩板连接.由高速摄像头向该系统发送视频数据，系统在得到数据后，经过预处理和处理部分传给解压缩板.解压缩板将视频码流解压完成后，通过PCI接口传给上位机，进行实时播放，得到的结果如图7、图8所示.由图7、图8可以看出，视频输出连续、清晰，无明显卡顿现象.图6 视频编码线程图7 红外视频图像图8 可见光视频图像5 结论本文主要介绍了一种以FPGA和DSP为核心器件来完成的图像实时采集处理系统.该系统FPGA作为协处理器完成数据的采集、转换及输出.DSP作为主处理器完成关键的压缩编解码功能.两者协调运行，既充分利用了FPGA作为硬件处理数据时速度快的优势，同时又利用了DSP快速运算的优势.实际调试证明该系统运行稳定、可靠.同时，在设计时充分考虑到了模块化设计思想，系统能够通过简单修改实现不同格式、不同接口视频码流的接入.参考文献：[1]林皓.基于FPGA的矩阵运算实现[D].南京：南京理工大学，2007.[2]沈鸽，王美娇，嵇晓强.基于CameraLink的视频图像采集与传输系统[J].微计算机信息，2011（8）：99-100，203.[3]王飞.基于Da Vinci技术的视频编码系统实现[D].西安：西安电子科技大学，2012.[4]P R Mattson.A Programming System for the Imagine Media Processor[D].Palo Alto：Stanford University，2002.。

2008年6月第34卷第6期北京航空航天大学学报J o u r n a l o fB e i j i n g U n i v e r s i t y ofA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s J u n e 2008V o l .34 N o .6收稿日期:2007-06-14作者简介:樊尚春(1962-),男,内蒙古包头人,教授,s h a n gc f a n @b u a a .ed u .c n .基于D S P 和F P G A 技术的细胞图像采集系统设计樊尚春 周 游(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191) 刘长庭 王俊峰(北京解放军总医院呼吸科,北京100853) 摘 要:细胞学研究领域中需要对大量细胞的生长情况进行长期的在线跟踪㊁记录和分析,针对细胞图像采集和处理中的数据量大㊁采样频率高㊁运算复杂等问题,设计了一种新颖的细胞图像采集系统,讨论了D S P (D i g i t a l S i g n a l P r o c e s s o r )处理系统和F P G A (F i e l dP r o -g r a mm a b l eG a t eA r r a y s )逻辑控制系统设计中的关键技术问题,以及J P E G 图像压缩算法的实现问题.系统主要由视频解码芯片㊁F P G A 以及D S P 等组成,具有功能集成㊁结构简单㊁编程灵活的特点,能够实现对大量细胞进行长期观测记录的图像采集,以及后期图像数据处理的功能.关 键 词:图像处理;数字信号处理;现场可编程门阵列中图分类号:T P391.41文献标识码:A 文章编号:1001-5965(2008)06-0707-04D e s i g no f c e l l i m a g ea c q u i s i t i o n s ys t e mb a s e do n D S Pa n dF P G A t e c h n o l o g yF a nS h a n gc h u n Z h o uY o u (S c h o o l o f I n s t r u m e n t S c i e n c e a n dO p t o -e l e c t r o n i c sE n g i n e e r i n g ,B e i j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,B e i j i n g 100191,C h i n a )L i uC h a n g t i n g W a n g J u n f e n g(T h eG e n e r a lH o s p i t a l o f P L A ,B e i j i n g 100853,C h i n a )A b s t r a c t :I t i s a p r o b l e mt o t r a c e a n d r e c o r d t h e g r o w t ho f t h e l a r g e n u m b e r o f c e l l sm a n u a l l yf o r a l o ng t i m e .A i m i n g a t th em a s s d a t a ,hi g hs a m p l i n g f r e q u e n c y ,c o m p l e xc a c u l a t i o na n do t h e r p r o b -l e m s i n c e l l i m a g e t r a n s m i s s i o n ,a n o v e lm e t h o d o f v i d e o i m a g e a c q u i s i t i o n i s d e s c r i b e d .T h e k e y p r o b -l e m s i n t h e d e s i g no fD S P (d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r s )s y s t e ma n dF P G A (f i e l d p r o g r a mm a b l e g a t e a r -r a y s )l o g i c c o n t r o l s y s t e ma n d t h e i m p l e m e n t a t i o no f J P E G i m a g e c o m p r e s s i o n a l g o r i t h ma r e a l s o d i s -c u s s e d .T h es y s t e m b a s i c a l l y c o n s i s t e do fe n h a n c e dv i d e oi n pu t p r o c e s s o r ,F P G A ,D S Pa n do t h e r c o m p o n e n t s .I t i s f a v o r a b l e f o r i t s i n t e g r a t e df u n c t i o n s ,s i m p l es t r u c t u r e sa n df l e x i b l ec o m p l i e r .I t p r o v i d e s a s o l u t i o n f o r t h e i m a g e a c q u i s i t i o no f l o n g t i m e t r a c i n g a n d r e c o r d i n g l a gr e n u m b e r o f c e l l s ,a n d a l s oh a s t h e f u n c t i o no f a f t e r i m a g e p r o c e s s i n g.K e y wo r d s :i m a g e p r o c e s s i n g ;d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s i n g ;f i e l d p r o g r a mm a b l e g a t e a r r a y s 现代生命科学的许多研究都是在细胞和分子水平上进行的.其中大量的工作需要以活细胞作为研究对象,对它们进行长期的观察和高精度的定量测量与分析.研究人员长时间在显微镜下观测会产生自适应现象,即会忽视异常现象,造成判断错误[1].细胞显微图像分析系统的研制解决了这一问题,而其中图像数据的采集速度㊁图像数据的处理速度以及图像数据的存储容量等都是关键技术,D S P (D i g i t a l S i g n a lP r o c e s s o r )的特殊结构和性能很好地满足了系统实现的需要,而F P G A(F i e l dP r o g r a mm a b l eG a t eA r r a ys )的高速性和灵活性也满足了系统实时性和稳定性的需要.本文针对细胞图像采集和处理中的数据量大㊁采样频率高㊁运算复杂等问题,设计了一种新颖的细胞图像采集系统,以标准的N T S C/P A L 制式的彩色/黑白复合视频信号为输入,以视频解码芯片㊁D S P和F P G A为系统的硬件平台,视频解码芯片将模拟视频信号转换成数字信号;D S P 实现算法㊁管理系统运行,并实现系统的自启动;F PG A实现一些接口㊁时序控制等,可以简化外围电路,提高系统的可靠性.1系统介绍系统采用集成的视频解码芯片以及D S P+ F P G A的混合结构,具有功能集成㊁结构简单㊁编程灵活的特点[2].D S P是图像处理运算的核心,而F P G A是系统逻辑控制的核心,F P G A在线可编程的特性可大大简化系统设计的复杂度.系统总体结构见图1.图1系统总体结构图系统各部分的功能以及芯片选型如下: 1)视频解码芯片选用P h i l i p s公司的S A A7111A,将C C D摄像头输出的N T S C/P A L 制式的复合模拟视频信号转换为Y U V422格式的数字图像信号,同时输出从模拟视频信号中分离出的同步信号和由芯片内部的时钟发生器产生的像素时钟;2)F P G A选用A l t e r a公司的A C E X1K系列器件E P1K50Q C208-3,采用V H D L语言设计并实现视频输入处理的逻辑控制和图像数据缓冲的控制,同时也可在其中实现图像的预处理,从而减少D S P的工作量;3)数据缓冲部分选用I S S I公司的S R AM芯片I S61L V51216实现,此款S R AM的存储空间为8M b i t,存取速度最慢为12n s,满足系统的要求;4)D S P选用T I公司的T M S320C6713B G D P225,外扩一片AM D公司的F L A S H R OM 程序存储器AM29L V160D B-70E C及一片M i-c r o n公司的S D R AM数据存储器MT48L C8M32B2T G-6,负责数字图像数据的处理,并选用M a x i m公司的MA X3111E实现U A R T接口负责处理结果的输出.2系统设计2.1系统硬件设计硬件设计是整个数字视频图像处理系统设计的基础,对充分发挥D S P软件的特长㊁使系统的性能达到最优至关重要.对于本系统的设计而言,其硬件系统设计的重要性主要体现在,系统应能快速㊁大数据量地采集和处理视频图像数据,因此在硬件设计过程中需结构设计合理,还得考虑高速电路设计问题[3].2.1.1视频解码电路模拟视频摄像头采集的信号是模拟信号,并且视频信号中不仅包含图像信号,还包括了行同步信号㊁行消隐信号㊁场同步信号㊁场消隐信号以及槽脉冲信号㊁前均衡脉冲㊁后均衡脉冲等.本系统采用P h i l i p s公司的可编程视频输入处理芯片S A A7111A H Z完成由C C D摄像机输出的模拟视频信号的数字化和向系统采集模块提供像素时钟及同步信号.S A A7111A H Z在上电后,并不是立即采集模拟视频信号进行A/D转换处理,它必须由D S P通过I2C总线对其内部寄存器进行初始化设置后,才能正常工作.为简化系统硬件电路设计,本系统采用了C6713自带的I2C总线模块,而不是采用I2C总线控制器.2.1.2 F P G A逻辑控制电路本系统中F P G A的逻辑设计主要包括:图像采集控制模块(A D D RWR)㊁中断管理模块(S T A R T T E M P)㊁分频电路模块(D I V F R E)㊁数据地址总线切换模块(S W I T C H).这几个模块间相互联系共同完成整个系统的逻辑控制.当D S P 发出采样指令时,采集控制模块在此后第一个奇数场同步信号到来时启动采样.首先在奇数场的行有效信号时对像素时钟进行计数,每行计数范围可根据图像大小确定.当一行有效信号计数完毕之后等待下一行有效信号,直到一场采集完毕.整个逻辑控制模块仿真结果如图2所示. 2.1.3 D S P及其控制电路本系统共有1.2V,2.5V和3.3V3套电源,分别作为D S P核电源㊁F P G A核电源㊁D S P和F P G A的I/O电源及系统中其他芯片的供电电源.基于线性电源使用方便㊁芯片所需外围电路少㊁输出电流大㊁价格便宜等特点,本系统选用807北京航空航天大学学报2008年L i n e a r 公司的L D O 线性电源芯片L T 1585A C T -3.3,L T 1963A E Q -2.5和L T 1764A E Q 来实现系统的电源需求,并通过M a x i m 公司的电源监控芯图2 逻辑控制模块仿真结果片MA X 6719U T T G D 3对3套电源同时进行监控.本系统采用25MH z 的晶振作为时钟输入源,通过P L L 的倍频和分频,为D S P 系统时钟提供200MH z 的频率,为E M I F 提供100MH z 的频率.D S P 通过其内部的E M I F 与S R AM ,S D R AM 和F L A S H 存储器进行接口,S R AM ,S D R AM 和F L A S H 存储器共享E M I F 的数据线和地址线(根据存储空间大小的不同使用不同数目的地址线),通过片选信号线#C E [3:0]决定访问哪个器件的存储空间.其中,F L A S H 存储器作为D S P 程序引导使用,必须位于E M I F 的#C E 1空间;S R AM 和S D R AM 分别位于E M I F 的#C E 0和#C E 2空间.2.2 系统软件设计完善的软件设计是发挥硬件资源潜能,最终达到系统指标不可或缺的必要条件.C 6000系列D S P 的开发环境C C S 6000所带的C /C++编译器较之其他系列D S P 的相应编译器无论是在编译效率㊁代码优化方面都有很大提高[4].同时C 6000系列D S P 高速处理能力及其出色的对外接口能力,使其在大运算量㊁复杂软件处理情况下还能保持良好的实时性.基于上述特点,本系统的初始化程序㊁软件处理算法㊁中断程序㊁D S P 引导程序等均可以采用C 语言实现.系统工作流程图如图3所示.整个系统软件按功能模块可分为系统初始化程序㊁中断服务程序㊁图像处理算法㊁D S P 程序引导加载等模块.系统上电后先进行初始化,D S P 通过16位并行引导方式从外部F L A S H 中将程序引导入片内程序存储器,并开始运行程序.利用D S P 的I 2C 总线接口模块,将控制字写入视频解码芯片的寄存器,设置其工作模式.D S P 发送开始采样指令,F P G A利用视频解码芯片的相关信号对行㊁列进行计数,送出符合要求分辨率的图像信号,并分配地址存储在S R AM 中,当一帧图像采集完毕后,F P G A产生外部中断信号触发E D MA 操作,将存储于S R AM 中的图像数据拷贝至S D R AM 等待D S P处理,写完一帧图像后发中断信号通知D S P 读取,D S P 执行中断服务程序从S D R AM 中将一帧图像读入,根据图像处理算法进行相应的处理,处理结果通过主机接口输出到主机.图3 系统工作流程图细胞学研究需要很长时间的连续观测,相应图像数据量极大,为降低对数据传输带宽及存储器容量的要求,可对图像数据进行适当压缩.由于细胞生长过程较缓慢,问题可简化为静态图像的压缩,系统采用J P E G 压缩算法[5].J P E G 算法是一种有损压缩算法,处理的彩色图像是单独的彩色分量图像.因此,系统采用分量编码,即以Y U V 信号作为编码对象,其中Y 为亮度,而U 和V 是2个色差信号.J P E G 压缩编码算法框图907 第6期 樊尚春等:基于D S P 和F P G A 技术的细胞图像采集系统设计如图4所示.图中的输入端为源图像数据,分成8ˑ8像素方块数据后才能输入正向离散余弦变换(F D C T).量化器所需要的专用数据表由下方输入,熵编码器所需要的专用数据表也由下方输入.量化器所需要输出的压缩图像数据可以寄存,也可以直接送到解码器中.图4J P E G压缩编码算法框图3实验结果为了验证该细胞图像采集系统的功能,将其连接到奥林巴斯C K X-41倒置相差显微镜,在400倍放大倍数下,采集到的正常大鼠脾组织切片原始图像和压缩图像,如图5,压缩比为26.2,峰值信噪比为35.7.一般来说,峰值信噪比值大于30表明与原始图像的失真在可接受的范围内[6].不同质量系数下的实验结果见表1,实验结果表明,该系统可以实现对细胞图像的采集和压缩.a 原始图像b压缩图像图5大鼠脾组织切片图像表1不同质量系数下的实验结果质量系数峰值信噪比压缩比6534.231.27535.726.28536.618.39537.99.04结论本文所设计的细胞图像采集系统功能集成,结构简单,编程灵活,能够实现对大量细胞进行长期观测记录的图像采集,以及后期图像数据处理的功能.系统的特点可以概括如下:1)标准的N T S C/P A L制式的彩色/黑白复合视频信号输入,可编程调节视频信号的色度㊁亮度㊁饱和度和对比度等参数;2)采用D S P作为主要处理器,F P G A作为采集控制器,在实现复杂的系统功能的同时又使板级调试与系统功能升级变得方便;3)图像采集独立进行,D S P除了对采集模式进行设定外,不参与采集过程,节省了D S P的宝贵时间,实时性好;4)采用J P E G压缩算法,可以降低对数据传输带宽和存储器容量的要求,提高传输速率.参考文献(R e f e r e n c e s)[1]B r a n s k y A,K o r i n N,N e m i r o v s k iY,e t a l.A na u t o m a t e dc e l l a n a l y s i s s e n s i n g s y s t e mb a s ed o n am i c r o f a b r i c a te d r h e o-s c o p e f o r t h e s t u d y o f r e db l o o d c e l l s p h y s i o l o g y[J].B i o s e n-s o r s a n dB i o e l e c t o r n i c s,2006,22(2):165-169[2]S c h a e f e rA W,R e y n o l d s J J,M a r k sD L,e t a l.R e a l-t i m ed i g i t a l s i g n a l p r o ce s s i n g-b a s e do p t i c a l c o h e r e n c e t o m o g r a p h ya n dD o p p l e r o p t i c a l c o h e r e n c e t o m o g r a p h y[J].I E E E T r a n sB i o m e d i c a l E n g i n e e r i n g,2004,51(1):186-190[3]T i m a rG,R e k e c z k y C.Ar e a l-t i m em u l t i t a r g e t t r a c k i n g s y s-t e m w i t h r o b u s t m u l t i c h a n n e l C N N-UM a l g o r i t h m s[J].I E E ET r a n s C i r c u i t s a n d S y s t 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