然而，由于包括DSP本身在內的所有電子器件都是干擾源，而且系統所處的工作環(huán)境中還有很多外界干擾源，再加上數字圖像處理技術(shù)對信號噪聲非常敏感，所以在系統設計中必須考慮系統的抗干擾問(wèn)題。否則，至少會(huì )影響系統的處理結果，甚至造成更為嚴重的后果。本文就是介紹基于DSP的數字圖像處理系統中的抗干擾設計。

1. 系統的干擾源和干擾徑

基于DSP的數字圖像處理系統中的干擾源主要有由光和電的基本性質(zhì)所引起的噪聲、電器的機械運動(dòng)產(chǎn)生的噪聲、雷電放電造成的大氣噪聲源、太陽(yáng)黑子運動(dòng)等造成的天電噪聲源、電阻等電子元器件工作時(shí)發(fā)熱造成的熱噪聲源、50Hz工頻電網(wǎng)造成的電網(wǎng)干擾源、汽車(chē)點(diǎn)火裝置造成的點(diǎn)火系統干擾源、無(wú)線(xiàn)通信系統造成的射頻干擾源以及一些人為惡意造成的干擾源等，所有干擾源中高頻脈沖噪聲對數字信號處理系統的危害最大。

以上提到的干擾源都屬于電磁干擾(EMI)。電磁學(xué)原理告訴我們：只要有電流存在就會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，只要有電壓存在就會(huì )產(chǎn)生電場(chǎng)。磁場(chǎng)、電場(chǎng)隨時(shí)間變化的產(chǎn)生量的多少，就是電磁干擾的根本原因。電磁干擾的概念如圖1所示。


基于DSP的數字圖像處理系統的干擾途徑主要有電源線(xiàn)、輸入／輸出線(xiàn)、接地線(xiàn)、電磁感應、靜電感應、電路的公共阻抗、電源異常等。各種干擾途徑在本系統中所占比例如表1所示。


2. 抗干擾措施

根據對系統自身、干擾源和干擾途徑的分析，本系統抗干擾措施主要是：①提高系統自身的電磁兼容性；②隔離干擾源；③切斷干擾途徑等3種方案?；诖?，本文提出了一些適用于本系統的硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。

2.1 電磁兼容

電磁兼容性是指電力、電子、通訊設備或其系統在其設置的場(chǎng)所處于工作狀態(tài)時(shí)，不對其周?chē)a(chǎn)生影響，也不被其四周的電磁環(huán)境所影響，不產(chǎn)生誤動(dòng)作和性能降低，按設計獲得其工作能力。也就是說(shuō)，設備或系統不對外界產(chǎn)生干電磁干擾，而且不受所處環(huán)境中電磁干擾影響其的正常工作能力。

2.2 硬件抗干擾技術(shù)

硬件抗干擾具有效率高的特點(diǎn)，可將絕大多數干擾拒之門(mén)外，硬件抗干擾技術(shù)是設計時(shí)的首選，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾通道。只要合理布置與選擇有關(guān)參數，適當的硬件抗干擾措施就能抑制視頻通信系統的絕大部分干擾。常見(jiàn)的硬件抗干擾技術(shù)措施有：濾波(無(wú)源濾波和有源濾波)技術(shù)、去耦技術(shù)、隔離技術(shù)和接地技術(shù)等。

由于高頻脈沖噪聲對本系統危害最大，為了提高系統的抗干擾性能，在系統中可采取以下措施：

(1) 增加總線(xiàn)的抗干擾能力。采用三態(tài)門(mén)形式的總線(xiàn)結構，并給總線(xiàn)接上拉電阻，使總線(xiàn)在瞬間處于穩定的高電平而避免總線(xiàn)出現懸空狀態(tài)?？偩€(xiàn)須加緩沖器。
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(2) 提高系統控制信號抗干擾能力。在系統中通常有RESET、STB等控制線(xiàn)，當CPU與其控制器件的傳輸距離較遠且控制線(xiàn)阻抗較高時(shí)，就容易受到脈沖噪聲干擾?？稍诒豢刂破骷妮斎攵瞬⒙?lián)一只20pF的電容，并且在RESET等控制信號線(xiàn)并聯(lián)一只0.01μF電容。給控制線(xiàn)加一級緩沖器，使控制線(xiàn)的阻抗變低，也有助于抑制干擾。

(3) 抑制數字信號的串模干擾。這種串模干擾是相鄰信號線(xiàn)在傳輸信號過(guò)程中引起的干擾，大多發(fā)生在印制板平行導線(xiàn)上。串模干擾的強弱與相鄰兩信號線(xiàn)之間的耦合阻抗和信號本身的阻抗有關(guān)。因此，在本系統中應當：盡量縮短信號線(xiàn)的長(cháng)度；傳輸多種電平信號時(shí)，盡量把前、后沿時(shí)間相近的電平信號劃為一組傳輸；在雙面印制板的背面布置較大面積的地線(xiàn)區域可對部件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲起到吸收和屏蔽的作用。

(4) 利用電磁干擾濾波器(EMI Filter)消除電源干擾。隨著(zhù)電子設備、計算機和家用電器的大量涌現與廣泛普及，電網(wǎng)干擾正曰益嚴重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)電磁干擾，其電壓幅度高(幾百伏至上千伏)、上升速率塊、持續時(shí)間短、隨機性強，容易使數字電路產(chǎn)生嚴重干擾，甚至損害設備。電磁干擾濾波器亦稱(chēng)電源噪聲濾波器(PNF)，它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高設備的抗干擾能力及系統的可靠性。電磁干擾濾波器在系統中的應用如圖2所示。

2.3 軟件抗干擾技術(shù)

利用軟件也可以提高DSP數字圖像處理系統的抗干擾能力。主要有：①利用數字濾波器來(lái)濾除干擾；②采用軟件看門(mén)狗、多次采樣技術(shù)、定時(shí)刷新輸出口等技術(shù)來(lái)抑制干擾。下面主要介紹數字濾波器在本系統中的應用。

數字濾波器(DF)對圖像信號的處理過(guò)程如圖4所示。圖像信號首先經(jīng)過(guò)采樣／保持電路(S／H)，送至模／數轉換器(ADC)轉換成數字量，然后通過(guò)數字濾波器濾除其中的干擾信號，最后通過(guò)數／模轉換器(DAC)獲得語(yǔ)音信號輸出。


根據所用數學(xué)模型的不同，數字濾波器可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是遞歸型濾波器，其特點(diǎn)是濾波器的輸出不僅與輸入信號有關(guān)，還與過(guò)去的輸出值有關(guān)；另一類(lèi)是非遞歸型濾波器(如一階、二階低通濾波器)，其特征是濾波器的輸出僅與輸入信號有關(guān)，而與過(guò)去的輸出值無(wú)關(guān)。本系統中使用的是遞歸型濾波器。

數字濾波器的軟件設計方法有：程序判斷濾波法(限幅濾波法)、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法、防脈沖干擾平均濾波法、一階滯后濾波法等6種方法。根據需要，本系統選擇中位值濾波法。

設數字濾波器的輸入信號為一個(gè)一維序列l，2，…，n，取窗口長(cháng)度(點(diǎn)數)為m (m為奇數)，對其進(jìn)行中位值濾波，就是從輸入序列中相繼抽出m個(gè)數i-v，…，i-1，i，i+1，…，i+v(其中f2為窗口中心值，v=(m-1)／2)，再將這m個(gè)點(diǎn)按其數值大小排序，取其序號為中心點(diǎn)的那個(gè)數作為濾波輸出。用數學(xué)公式表示為：yi=Med{i-v，…，i，…，i+v} i∈N，v=(m-1)／2

3. 結束語(yǔ)

實(shí)驗證明：以上抗干擾方法在基于DSP的數字圖像處理系統中能夠充分地抑制來(lái)自系統外和系統自身的干擾，能夠有效地提高系統的抗干擾能力和可靠性。

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