基于DSP的紙幣號碼識別系統(tǒng)

1 引言

近年來，錢幣、特別是紙幣被搶劫事件不斷發(fā)生，嚴(yán)重影響了社會治安，也使銀行在經(jīng)濟(jì)上受到了嚴(yán)重的損失。如果被搶劫的錢幣不能在市場上流通，將從一個方面抑制銀行搶劫事件的發(fā)生。其中一種解決方案是記錄每一捆紙幣的號碼，將被搶劫的紙幣號碼建立一個數(shù)據(jù)庫。在貨幣流通市場提供一種紙幣號碼自動識別裝置，比如說與點鈔機(jī)結(jié)合，將貨幣號碼識別數(shù)據(jù)與被搶劫號碼數(shù)據(jù)庫比較，一旦有相同號碼出現(xiàn)，便可確認(rèn)目前流通的錢幣為被搶劫的錢幣，從而限制其流通，同時也有利于搶劫案件的偵破。另外，由于紙幣號碼的唯一性，通過識別紙幣上的號碼，可以幫助識別假幣。國外有一種驗鈔打號機(jī)，可以對典型的紙幣，比如美元、英鎊等進(jìn)行自動識別和號碼打印,這種裝置的典型識別速度為1張/秒。不過還沒有點鈔機(jī)附帶號碼自動識別裝置的文獻(xiàn)報道。

近些年，國內(nèi)也有一些單位研制開發(fā)紙幣號碼自動識別裝置，例如南京航空航天大學(xué)開發(fā)了一種基于單片機(jī)的紙幣號碼識別系統(tǒng)[3]，利用線陣ccd實現(xiàn)紙幣圖象的采集，利用單片機(jī)實現(xiàn)號碼的定位與識別。其主要問題是難以提高號碼的識別速度。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)了一種基于dsp的紙幣號碼識別系統(tǒng)[4]，其識別速度為8張/秒，但該速度為在pc機(jī)上的仿真結(jié)果，實際樣機(jī)沒有實現(xiàn)。此外，該系統(tǒng)采用cis（即接觸式線型圖象傳感器）獲得紙幣圖像信號，存在傳感器磨損問題。

針對以上情況，本文給出一種基于dsp的紙幣號碼識別系統(tǒng)，利用面陣ccd攝象機(jī)采集紙幣號碼圖象，即每秒采集25幅圖象，而目前的點鈔機(jī)點鈔速度為每秒十幾張左右，從而可以實現(xiàn)與點鈔機(jī)的配合使用。該系統(tǒng)由以下幾個部分組成：（1）利用philip公司專業(yè)視頻解碼器saa7113實現(xiàn)紙幣號碼圖像的數(shù)字化；（2）利用ti公司的數(shù)字信號處理器tms320vc5410實現(xiàn)數(shù)字紙幣號碼圖像的采集和處理；（3）利用ti公司的異步串行接口芯片tl16c550完成整個系統(tǒng)與pc機(jī)之間的通信。

2 硬件設(shè)計原理

3 圖像采集模塊

3.1視頻解碼芯片saa7113在系統(tǒng)中的應(yīng)用

saa7113是一種高集成度并且支持隔行掃描、多種數(shù)據(jù)輸出格式的視頻解碼器，內(nèi)置的i2c界面提供了簡單的對芯片內(nèi)部電路的控制功能。對saa7113的控制主要包括對輸入模擬信號的預(yù)處理、色度和亮度的控制，輸出數(shù)據(jù)格式及輸出圖象同步信號的選擇控制等。

在整個系統(tǒng)中對圖象的識別處理主要是針對灰度圖像進(jìn)行的，在saa7113所提供的多種數(shù)據(jù)輸出格式中，raw格式在8位輸出管腳上直接輸出與象素時鐘相對應(yīng)的象素灰度值，此種數(shù)據(jù)格式與其它格式相比對灰度圖像的采集將更直接。

通過i2c總線協(xié)議對saa7113的各個控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，使其滿足系統(tǒng)要求。由于dsp芯片是處理型的器件，它的控制能力比較弱，通用i/o口比較少，而單片機(jī)具有很好的控制功能，因此對saa7113的初始化工作使用at89c51單片機(jī)來完成。at89c51單片機(jī)內(nèi)部無硬件i2c總線接口，在此將單片機(jī)的p1.0口設(shè)置為串行數(shù)據(jù)線sda，p1.1設(shè)置為串行時鐘線scl，通過軟件模擬i2c總線，對視頻解碼器saa7113進(jìn)行初始化，其硬件原理如圖2所示。

3.2使用cpld實現(xiàn)對圖像的開窗處理

利用象素時鐘llc2和行同步信號hs實現(xiàn)行截取的vhdl程序：

process(llc2,hs)
variable temp: std_logic_vector(10 downto 0);
begin
if(llc2event and llc2=1) then
if(hs=1 ) then temp:=temp+1;
if(temp>80 and temp<241)
then href<=1;
else href<=0;
end if; else href<=0;
end if; end if;
end process;

從saa7113輸出的數(shù)字視頻圖像為整幅圖像，可是對識別有用的圖像大小為40x200,為減少圖像數(shù)據(jù)的存儲量和處理量。通過調(diào)整ccd攝像頭與點鈔機(jī)之間的位置，利用視頻解碼器的行、場同步信號hs、vs和象素時鐘參考信號llc，使用vhdl語言，對感興趣的圖像區(qū)域進(jìn)行開窗處理。具體做法為：在場信號vs為高的期間，對行信號hs進(jìn)行計數(shù)， 使感興趣的圖像期間的場信號輸出為高，在其它區(qū)域其場信號為低，這樣得到新的場信號vref。與場截取相類，利用行信號hs和象素時鐘llc2，得到新的行信號href。這樣通過兩個計數(shù)器實現(xiàn)了圖像的開窗處理。本文給出了對圖像進(jìn)行開窗處理的框圖，并給出了行截取的vhld程序，對列的截取vhdl程序與行截取相類似。

3.3利用dsp實現(xiàn)圖像的采集

由于fifo是沒有片選的，對fifo控制主要是對其讀寫信號有效的控制。fifo寫有效經(jīng)cpld圖像截取后的行場同步信號以及象素時鐘信號來控制。在fifo寫完一場圖像數(shù)據(jù)之后，利用半滿信號作為dsp的中斷信號，通過中斷服務(wù)子程序?qū)D像數(shù)據(jù)存入dsp的數(shù)據(jù)空間作為識別處理的數(shù)據(jù)來源。對fifo的讀控制通過將其映射到dsp的i/o空間來實現(xiàn)，為了與其它器件進(jìn)行區(qū)分使用地址線a15和a14參與譯碼。當(dāng)fifo的讀信號為高時，數(shù)據(jù)總線為高阻狀態(tài)，從而實現(xiàn)總線隔離。

dsp芯片由于其改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，處理速度快，特殊的dsp指令和快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法的特點，廣泛地應(yīng)用于各種圖像處理系統(tǒng)中。在本系統(tǒng)選用tms320vc5410作為中央處理器,該芯片的讀寫周期為10ns,具有豐富的片上資源[2]。

根據(jù)紙幣號碼圖像大小和號碼識別算法的要求，本系統(tǒng)在dsp外擴(kuò)了一片64kx16的ram，其中0x0000—0x3fff的存儲區(qū)映射到dsp的程序空間，0x8000—0xffff的存儲區(qū)映射到dsp的數(shù)據(jù)空間。同時外擴(kuò)了一片256kx16的flash芯片sst39vf400a，根據(jù)dsp系統(tǒng)程序加載的特點，將flash地址為0x8000—0xffff的存儲區(qū)在程序下載的過程中映射到dsp的數(shù)據(jù)空間,在程序加載的過程中映射到dsp的程序空間，其空間的區(qū)分通過dsp的通用i/o口xf來進(jìn)行控制。flash的地址為0x0000—0x7fff和0x10000—0x1ffff和0x20000—0x2ffff的存儲區(qū)映射到dsp的程序空間，作為識別的號碼結(jié)果的記錄存儲而用。

5 利用tl16c550實現(xiàn)與pc機(jī)之間的通信

在本系統(tǒng)中將其映射到dsp的i/o空間0x8000的地址，將dsp的地址線a2、a1、a0與550的寄存器選擇控制引腳a2、a1、a0相連，即通過對dsp的i/o空間地址為0x8000－0x8007的空間進(jìn)行寄存器的訪問。在tl16c550中接收和發(fā)送使用的是同一個中斷信號intrpt,對數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送通過使能不同的中斷，通過中斷方式實現(xiàn)系統(tǒng)與pc機(jī)之間的通信。

6系統(tǒng)的軟件設(shè)計

采用手工編寫的匯編語言程序雖然具有執(zhí)行速度快的優(yōu)點，但用匯編語言編寫程序特別是識別算法的程序?qū)⑹潜容^費時費力的[4]。為了提高程序開發(fā)的效率，采用tms320c54x的c語言進(jìn)行軟件開發(fā)[5]。整個系統(tǒng)的軟件流程圖如圖6所示：

7結(jié)束語

本系統(tǒng)通過使用ti公司的數(shù)字信號處理器實現(xiàn)紙幣號碼的采集，使用altera公司的復(fù)雜可編程邏輯器件cpld實現(xiàn)對圖像的截取，圖像采集效果非常好。該系統(tǒng)除有通用圖像處理系統(tǒng)的功能外，特別適合動態(tài)圖像的處理，具有極高的實時性。