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1、2011-2012 德州仪器 C2000 及 MCU 创新设计大赛项目报告题 目： 手势电视机遥控器 学校： 深圳大学 指导教师： 邱洪 组别： 专业组 应用类别： 先进控制类 平台： C2000 参赛队成员名单（含每人的邮箱地址，用于建立人才库）：梁凯、在读研究生、深圳大学、徐佳瑛、在读研究生、深圳大学、李丹涛、在读研究生、深圳大学、视频文件观看地址（若未拍摄，请注明）： 时间仓促，未拍摄视频文件邮寄地址和收件人联系方式（快递发送，请不要使用邮政信箱地址）广东省深圳市南山区深圳大学南区机电楼 S821,518061 徐佳瑛，15986837972摘要摘要本报告详细介绍了一款基于手势识别算法及
2、 DSP2812 平台实现的手势电视机红外遥控系统。该系统可以将用户手势的运动信息转换成相应的红外信号从而达到手势遥控电视机更换频道和调节音量的目的。该系统主要由基于双端口RAM 通信的双 DSP 并行处理平台、CMOS 数字摄像头、万能红外遥控模块、上位机调试软件和以太网通信模块组成。实验测试表明，该系统能成功实现用户手势图像的采集，手势动作的识别、红外遥控功能及以太网通信功能。关关键词键词： ：手势识别、DSP 2812、红外遥控、UDP 协议AbstractThis paper introduced a system called hand gesture-based IR Remote
3、 Controller, which based on the gesture recognition algorithm and was realized on DSP platform. The Controller can convert the motion information of the users hand gesture into corresponding infrared signal so as to achieve the purpose of changing channels and adjusting volumes of TV with hand gestu
4、re. The Controller consists of a dual-DSP parallel processing platform which based on dual-port RAM communicating technology, CMOS digital camera, universal infrared remote control module, PC debugging software and Ethernet communication module. The experimental tests show that the system can succes
5、sfully realize collecting the images of users hand gestures, recognizing gestures and Ethernet communication function. Keywords: gesture recognition, DSP 2812, infrared remote controller, UDP1 引言引言把新技术应用到日常生活当中，不仅能够发挥新技术的优势，达到推广新 技术的目的，而且能够提高大众的生活水平，方便人们的日常生活。基于这样 的目的，本设计针对家庭电视机红外遥控器进行了重新的思考和探索。传统的
6、电视机遥控器需要用户按键进行更换频道，调节音量等操作。虽然大部分人已 经习惯了这样的一种的遥控方式，但是，当中的弊端相信不少人也能够体会。 对比最符合人的控制交互方式，按键操作始终不是最优和最容易接受的选择。 那么能否找到一种更加直观，更加人性化的遥控方式，让我们在不依赖于传统遥控器的情况下也能随心所欲遥控电视机？为了找到答案，本设计结合手势识 别新技术，将手势识别技术与电视机红外遥控功能相融合，制作出名为手势电 视机遥控器的遥控装置。 手势识别技术是指计算机通过摄像头捕获人的手形和其动作，然后利用相 关的图像处理算法及技术实时地对手势进行识别，最后根据定义的动作规则， 做出相应的反应，从而实
7、现手势控制的人机交互。基于手势识别技术的应用是 目前的研究热点之一，目前市场上的产品分为两种。一种是将手势转化成坐标 信息或者点击信息，控制光标的移动来控制设备。第二种直接将识别手势动作 将识别结果转化成控制信号。 手势电视机遥控器是手势遥控技术的一个创新应用，它一改传统电视机遥 控器的按键操控模式，采用直接判断使用者的手部动作的新方法来遥控电视机。 该设备只需要使用者的手部在摄像头的拍摄范围按照规定的摆放方式动作，就 能够遥控电视机进行音量增减或频道变换等操作。考虑成本和灵活性因素，我 们把手势电视机遥控器设计为自带红外万能遥控的模式，使得该装置具有更为 强大的拓展功能。除了遥控电视机之外，
8、该遥控器还可通过学习其他红外控制 指令对相应红外遥控家用设备进行控制。因此，手势电视机遥控器不仅把新技 术应用到人们的日常生活中，使得人们对电视机的遥控操作更加便捷和人性化， 而且还能给红外遥控带来一种新的乐趣，丰富大众的日常生活。2 系统方案系统方案 手势电视机遥控器是集合了图像采集、手势识别和红外遥控三大主要功能 的控制装置。为实现其相关功能，本设计选择了 DSP2812 芯片作为实验和测试 平台。考虑系统的各部分性能，结合我们的设计理念，我们对系统进行总体规 划，确定合适的系统方案。通过对摄像头采集图像能力和 DSP 处理视频流能力 的测试，最终确定的系统结构如图 1 所示。图 1 手势
9、电视机遥控器的系统结构 由图 1 可知，本系统采用了双 DSP 共同工作的双核处理平台，该平台主要 由六个模块组成：（1）摄像头模块：由摄像头 OV7620 及驱动电路组成，负责手势图像采集；（2）DSP1：TMS320F2812，负责采图像、对图像预处理及与上位机的网 络通信； （3）上位机软件：显示实时采集的图像，图像处理结果和调试参数等。上 位机与 DSP1 之间通过以太网进行协议通信； （4）双端口 RAM 模块：为了实现两个 DSP 之间的高效数据通信，本系统 采用了双端口 RAM 作为双方的外拓数据存储，根据双端口 RAM 的读写原则， 达到双核有效通信； （5）DSP2：负责手势
10、图像最终的识别和信息提取工作。它从双端口 RAM 获取图像数据，从图像中提取有用的特征，并进行判断，将判断结果转换成相 应的红外模块控制信号； （6）红外遥控模块：负责学习电视机配套遥控器的红外遥控指令，将其放 入指定的存储空间中。在 DSP2 给出发射指令时，查询存储空间，获取对应的 红外指令，并发射。 本系统中运用的算法主要包括：噪声消除算法，手势定位算法和方向判断 算法。其中，噪声消除算法是后续算法的前提和保证。手势定位算法实现人手 在摄像头拍摄区域的准确定位，为获取准确的手势特征提供可能。方向判断算 法通过手势特征来判断手部运动的方向，为红外发射指令提供参数。系统实现 的原理如图 2
11、所示。图 2 手势遥控系统实现原理框图3 系统硬件设计系统硬件设计3.1 双双 DSP 处理平台及其内存空间的设计处理平台及其内存空间的设计图 3 硬件结构图 本设计使用 DSP2812 进行图像采集、图像处理并且实现红外遥控和网络通 信等功能。考虑到对处理器的多任务能力和速度有较高要求，为了让图像采集 模块、网络通信模块、图像处理模块和红外遥控模块协同工作，实现 DSP 的快 速响应，本系统为此定制了一个拥有双 DSP2812 的最小系统。通过双核分工处 理，共同完成手势遥控的各种功能。该双 DSP 的系统硬件模块总结构图如图 3 所示。 DSP1 主要负责图像采集，与上位机的网络通信和用户
12、按键的输入。按钮用 于红外万能遥控功能设定。DSP2 主要负责手势识别的相关图像处理，红外遥控 和用户界面。 为了实现双 DSP 之间的通信，该系统使用了 Cypress 公司的一款 64k*16 位 的双端口 RAM 芯片 CY7C028 搭建了一个双 DSP 之间的数据通道，DSP1 把采 集到的图像通过时间控制有规律写入到数据通道中，DSP2 从数据通道中取出图 像数据存放到自己的 RAM 中，然后进行相关的图像处理，并把处理结果通过 红外模块发射出去。在连接上位机的情况下，DSP1 同时也把采集到的图像根据 上位机的要求，使用 UDP 网络协议发送到上位机，从而可以在上位机观察图像 采
13、集与处理的情况。 为了保证足够的空间给 DSP 进行相关的图像处理工作，除了通信用的双端 口 RAM 之外，本系统特别地分别为两个 DSP 同时扩展了 512k*16 位的 RAM 空间，以满足图像处理的空间要求。该系统双 DSP 的储存器设计总框架如图 4 所示。图 4 双 DSP 的储存器设计框架图3.2 CY7C028 工作原理及数据通道的设计工作原理及数据通道的设计图 5 CY7C028 内部功能框图 CY7C028 是 Cypress 公司研制的 64k*16 位低功耗 CMOS 型静态双端口 RAM，最大访问时间为 12ns，可以与大多数高速处理器配合使用，而无需插入 等待状态。它
14、具有真正的双端口，两端口可以同时进行数据存储，另外通过主 从选择可以方便地扩大存储容量和数据宽度。其内部功能结构如图 5 所示。 CY7C028 是一种性能优越的快速通信器件，对于大多数 CPU 的高速数字系 统设计都非常适用。其主要特点有：提供两套完全独立的数据总线、地址总线、 读写控制总线，允许两个处理器对双端口存储器同时进行操作；具有两套中断 逻辑，用于实现两个处理器之间的握手信号；具备完全独立的忙逻辑，可保护 两个处理器对同一地址单元进行正确的读写操作。当两个处理器对 CY7C028 存 取时，存在以下 4 种情况： （1）两个处理器不同时对同一地址单元存取数据； （2）两个处理器同时
15、对同一地址单元读出操作； （3）两个处理器同时对同一地址单元写入操作； （4）两个处理器同时对同一地址单元操作，一个写入操作，另一个读出操 作。 由以上可知，在第 1、2 两种情况下，两个端口的存取不会出现错误，而第 3 种情况会出现写入错误，第 4 种情况会出现读出错误。为了避免两个处理器对同一地址单元进行访问时，由于地址数据争用而造成的数据读写错误， CY7C028 芯片提供了以下 3 种工作方式：硬件判优方式、令牌判优方式和中断 判优方式。 中断判优方式又称邮箱判优方式。CY7C028 具有两套中断逻辑，通过两个 INT 引脚分别接到两个 CPU 的中断引脚上，以实现 CPU 的握手。在双端口 RAM 的数据传送中，两端的 CPU 都把双端口 RAM 作为自己存储器的一部分， 当两个 CPU 需要数据传送时，假设左端 CPUL 向右端 CPUR 传送，首先 CPUL 将需要传送的数据存放到双端口 RAM 某段约定的地址单元中，然后向双端口 RAM 的最高奇地址单元 0xFFFF 即右端口的邮箱进行写操作，用以向 CPUR 发出一个中断，这样 CPUR 就进入相应的中断服务子程序，将约
