摘要：由于人們對立體圖像的視覺需求越來越強烈，提出了一種基于迭芬奇技術的三維全息顯示系統的研究方案，利用迭芬奇處理器TMS32 0DM6446及其他外圍電路和光電設備構建一個嵌入式系統。該系統以嵌入式操作系統即Linux為軟件平臺，充分利用TMS320DM6446豐富的外設和存儲接口并充分發揮ARM926EJ-S強大的控制功能和C64x+DSP強大的數值計算能力。井將最后的三維立體顯示圖形顯示到液晶顯示器上，實現數字全息三維顯示。結果顯示一個原始的圖像數據經過該系統處理之后，從各個角度很完美的展現了原來的實物，該研究為圖像的三維全息顯示提供了一個很好的嵌入式實驗平臺，具有很好的應用前景及創新價值。
關鍵詞：達芬奇技術；三維全息；DSP；TMS320DM6446

0 引言
    在視頻創新已經成為數字信息產業熱點的今天，人們對立體圖像的視覺需求越來越強烈，二維圖像的顯示效果缺乏真實感、深度感、立體感，早已不能滿足人們的感官刺激和心理感受。于是，各種三維立體顯示的實現方案不斷涌現，全息顯示技術是最常見的三維顯示技術之一。計算全息是利用計算機來綜合全息圖，用計算機的數值計算代替物理干涉，它不要求物體的實際存在，只需要知道物光波的數學描述即可，把物光波的數學描述輸入到計算機處理后，用成圖設備繪制出全息圖，然后用光學的方法重現。計算全息圖不僅可以全面地記錄光波的振幅和相位，而且能綜合再現世間不存在的物體的全息圖，因而具有獨特的優點和極大的靈活性，并且觀察者可以不必借助眼鏡等輔助裝置從各個方向進行觀察。
    本文結合計算全息三維立體顯示技術和達芬奇技術的優點，給出了一種新的三維立體顯示方案：利用達芬奇處理器TMS320DM6446及其他外圍電路構建一嵌入式系統，并實現計算全息三維顯示。該系統以嵌入式操作系統——Linux為軟件平臺，利用Monta Vista Linux提供的豐富的設備驅動和系統調用，充分利用TMS320DM6446豐富的外設和存儲接口并充分發揮ARM926EJ-S的強大的控制功能和C64x+DSP強大的數值計算能力。并將最后的三維的立體顯示圖形顯示到分辨率為1 024×768的LCOS液晶顯示器上，為圖像的三維全息顯示研究提供了一個很好的嵌入式平臺。

1 基于達芬奇技術的三維全息顯示系統
    該系統用達芬奇處理器TMS320DM6446代替通用計算機實現二維全息圖的計算編碼，其中ARM子系統對整個系統進行控制，DSP子系統完成二維計算全息編碼以及三維物體全息圖的計算。整個系統是以達芬奇處理器TMS320DM6446及其外圍電路、LCOS和其他光電設備組合而成的嵌入式系統。
1．1 基于TMS320DM6446的計算全息三維顯示系統
    該系統軟件和硬件均采用模塊化設計。軟件上，ARM和DSP子系統分別支持Linux和DSP／BIOS操作系統，可以相對獨立的工作，這樣的劃分符合系統軟件模塊化的設計要求，便于各部分的并行開發和調試，利于項目組各成員的分工協作，后期軟件測試符合由單元測試到集成測試再到系統測試的測試原則，縮短系統的開發周期，降低設計成本。總體結構框圖如圖1所示。

    將原始的圖像數據通過USB接口輸送到達芬奇處理器TMS320DM6446中，然后對數據進行FFT變換，對變換之后的數據實現計算全息算法，進行逆變換之后的圖像數據送到LCOS顯示器上，最終實現圖像的三維顯示。其中，FFT變換、計算全息以及FFT的逆變換是在DSP的子系統內進行的，而ARM子系統通過控制總線控制DSP數據處理子系統。上位機可以通過JTAG接口實現對系統的控制和二次開發。此處鍵盤設置為4×4的獨立鍵盤，目的就是為了對系統進行設定，實現數據的輸入和命令的傳送。
1．2 液晶顯示器LCOS的特點
    LCOS(Liquid Crystal on Silicon)是一種新型的反射式液晶顯示器件，與傳統的顯示技術相比具有光利用率高、體積小、開口率高、尺寸小等優點。LCOS顯示文字或圖像信息的原理與普通液晶顯示的原理大致相同，利用液晶分子具有很強的誘導偶極矩的特性，通過外加電場作用使液晶分子的排列與外加電場相關。
    顯示系統選用像素為1024×768的HX7308BTJFA的液晶顯示器。HX7308BTJFA嵌入了定時控制器用來產生內部控制信號，并且該芯片顯示圖像質量和對比度很高的圖像。HX7308BTJFA在每個時鐘的上升沿和下降沿從外部接收8 b×4點的數字顯示數據并且產生相應的灰度的輸出電壓值。其內部系統框圖如圖2所示。

2 ARM與DSP的開發
    該系統的處理器是TMS320DM6446，它是一個DSP+ARM的雙核架構的芯片，對于ARM和DSP要選擇不同的開發工具。該系統是ARM中運行操作系統Linux，而對于DSP需要CCS仿真器來進行開發調試。
2．1 嵌入式linux系統開發
    嵌入式軟件開發需要交叉編譯環境，因為需要在主機平臺上生成目標平臺上的可執行代碼。首先在主機Linux上安裝搭建交叉編譯環境，然后通過交換機使用共享文件系統方式將嵌入式bootloder和Linux內核鏡像下載到目標板上，并啟動嵌入式Linux內核。然后就可以在主機Linux的交叉編譯環境下開發應用程序，并將生成的可執行代碼下載到目標板上。
    這樣，通過Linux提供的豐富的應用接口函數APIs，用戶可以將DSP視作黑盒子，只需調用這些API就可以使用DSP端的編解碼功能，而DV-SDK開發套件可以為DSP端的直接編程提供支持。
2．2 CCS上FFT運算的實現
    FFT是傅里葉變換的快速算法，可以將一個信號變換到頻域。有些信號在時域上很難看出其特性，但是如果變換到頻域以后，就很容易看出是什么特性的。所以很多信號分析選擇采用FFT變換。另外FFT可將一個信號的頻譜提取出來，這在頻域分析方面也是經常用到的。
2．3 DSPLIB庫函數功能
    TMS320C64X+系列的函數庫(DSPLIB)是對C語言編程可調用優化的DSP庫函數，它全部由匯編語言編寫，并可由C語言調用，方便C語言與匯編語言混合編程。這些程序用在計算強度大、執行速度重要的實時運算中。通過使用這些程序，可以取得較用C語言編寫的相關程序快的多的運行速度，另外通過使用現成的程序可以使開發速度大大加快。DSPLIB可進行的運算有：FFT運算、濾波與卷積運算、自適應濾波運算、相關運算、三角函數運算等。
2．4 FFT運算
    DSPLIB提供的FFT運算為基2的時間抽取算法。運算可以直接調用void cfft(DATA x，nx，shortscale)。其中：x[2*nx]為輸入／輸出數據存儲數組；nx為FFT的運算長度；scale為歸一化設置變量；scale=1是進行歸一化設置變量，scale=0是不進行歸一化運算。歸一化功能使得輸出結果被運算長度n所除，目的是為了防止FFT運算結果可能導致溢出。以一個簡單的程序說明DSPLIB的使用。在該程序中輸入數據放在x[512]數組中，運算后結果仍在x[512]數組中。
   
    這樣就完成了DSP內一個運算長度為256點的FFT變換。

3 結果分析
    對頻率為50 Hz的方波信號進行了頻譜分析，采樣點數為128，并調整采樣頻率，使得128點的采樣時間為40 ms，即輸入2個信號的周期。在通過DSP的集成開發環境(CCS)觀看結果，如圖3、圖4所示。

4 結語
    本文結合數字全息三維立體顯示技術和達芬奇技術的優點，給出了一種全新的三維立體顯示方案。結果顯示，一個原始的圖像數據經過該系統之后，從各個角度很完美地展現了原來的實物。因此該嵌入式系統平臺具有很大的使用價值。