摘要：介紹了在高校進行DSP數(shù)字視頻處理實驗教學的相關情況，對以學生為主體、充分調動其主動性和積極性的教學方法進行了總結，詳細介紹了它的具體內容、實施方式，指出該方法的特點、優(yōu)勢及教學效果，并提出了今后的改進方向。
關鍵詞：DSP；數(shù)字視頻處理；實驗教學

    DSP(Digital Signal Processor)是一種獨特的微處理器，是專門處理數(shù)字信號的器件。它不僅具有可編程性，而且可執(zhí)行每秒數(shù)千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。DSP芯片的內部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DSP的這些特點使得它在數(shù)據(jù)
量大，實時性強的數(shù)字視頻處理方面具有明顯的優(yōu)勢。

1 高校開設DSP數(shù)字視頻處理課程的必要性
    目前，在高校電子信息類專業(yè)中開設DSP數(shù)字視頻處理實驗課程已經(jīng)成為一種趨勢，這是因為隨著數(shù)字電子產(chǎn)品的普及以及數(shù)字移動通信技術的迅速發(fā)展，視頻處理已經(jīng)融入了工業(yè)生產(chǎn)、社會運行和日常生活的各個領域，且變得越來越重要。做為電子信息類的大學生，應該掌握基本的數(shù)字視頻處理技術，而用DSP做為實驗教學的工具無疑是一個理想的選擇。[!--empirenews.page--]

2 高校開展DSP視頻處理實驗教學的基本情況
   本文以天津科技大學電子信息與自動化學院開展數(shù)字視頻處理的實驗教學為例，簡要介紹相關情況。
2．1 實驗平臺簡介
    天津科技大學采用TI公司的TMS320DM642 DSP數(shù)字處理芯片進行實驗教學，該芯片通過64bit的EMIF接口或8／16bit的3路視頻接口與外界連接，視頻解碼器和視頻編碼器均連接于視頻端口和擴展連接器上。
    該數(shù)字視頻處理系統(tǒng)主要包括EMIF、SDRAM、Flash寄存器、UART端口等，按照數(shù)據(jù)的流向，各部件功能如下：首先，輸入的標準PAL模擬電視信號經(jīng)TVP5150A轉換為數(shù)字并行信號BT656，之后進入DM642視頻接口，碼流信號在這里被處理為圖像數(shù)據(jù)后自動通過EDMA傳輸?shù)絊DRAM中存儲，DSP的CPU根據(jù)用戶編制的算法對SDRAM中的信息進行處理后將其送入輸出緩沖SDRAM，之后E

摘要：介紹了在高校進行DSP數(shù)字視頻處理實驗教學的相關情況，對以學生為主體、充分調動其主動性和積極性的教學方法進行了總結，詳細介紹了它的具體內容、實施方式，指出該方法的特點、優(yōu)勢及教學效果，并提出了今后的改進方向。
關鍵詞：DSP；數(shù)字視頻處理；實驗教學[!--empirenews.page--]

DSP(Digital Signal Processor)是一種獨特的微處理器，是專門處理數(shù)字信號的器件。它不僅具有可編程性，而且可執(zhí)行每秒數(shù)千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。DSP芯片的內部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DSP的這些特點使得它在數(shù)據(jù)
量大，實時性強的數(shù)字視頻處理方面具有明顯的優(yōu)勢。

1 高校開設DSP數(shù)字視頻處理課程的必要性
目前，在高校電子信息類專業(yè)中開設DSP數(shù)字視頻處理實驗課程已經(jīng)成為一種趨勢，這是因為隨著數(shù)字電子產(chǎn)品的普及以及數(shù)字移動通信技術的迅速發(fā)展，視頻處理已經(jīng)融入了工業(yè)生產(chǎn)、社會運行和日常生活的各個領域，且變得越來越重要。做為電子信息類的大學生，應該掌握基本的數(shù)字視頻處理技術，而用DSP做為實驗教學的工具無疑是一個理想的選擇。

2 高校開展DSP視頻處理實驗教學的基本情況
本文以天津科技大學電子信息與自動化學院開展數(shù)字視頻處理的實驗教學為例，簡要介紹相關情況。
2．1 實驗平臺簡介
天津科技大學采用TI公司的TMS320DM642 DSP數(shù)字處理芯片進行實驗教學，該芯片通過64bit的EMIF接口或8／16bit的3路視頻接口與外界連接，視頻解碼器和視頻編碼器均連接于視頻端口和擴展連接器上。[!--empirenews.page--]
該數(shù)字視頻處理系統(tǒng)主要包括EMIF、SDRAM、Flash寄存器、UART端口等，按照數(shù)據(jù)的流向，各部件功能如下：首先，輸入的標準PAL模擬電視信號經(jīng)TVP5150A轉換為數(shù)字并行信號BT656，之后進入DM642視頻接口，碼流信號在這里被處理為圖像數(shù)據(jù)后自動通過EDMA傳輸?shù)絊DRAM中存儲，DSP的CPU根據(jù)用戶編制的算法對SDRAM中的信息進行處理后將其送入輸出緩沖SDRAM，之后EDMA將其中的數(shù)據(jù)轉為BT656碼流并送入輸出視頻接口，SAA7105負責將碼流轉換為PAL制式模擬電視信號輸出。
2．2 實驗教學的基本情況
天津科技大學電子信息與自動化學院教師在教授完信號處理類主干課程之后，即開始進行數(shù)字視頻處理的課堂教學和實驗教學，前者主要講授視頻處理的理論知識、相關軟件硬件和最新的發(fā)展動向等，后者主要培養(yǎng)學生的動手實踐能力。
鑒于DSP數(shù)字視頻處理技術的復雜性，該學院在實驗教學中采用由易到難、由點及面、理論與實踐相結合的方法，以期讓學生在盡量短的時間內能夠循序漸進初步理解DSP的基本原理、視頻數(shù)據(jù)處理的基本流程、主要的外設功能、軟件平臺的結構，并在此基礎上培養(yǎng)簡單的軟件編制技能。
實驗教學大體可分為4個階段，第一階段，讓學生熟悉DSP處理視頻數(shù)據(jù)的基本流程，相關硬件的功能、參數(shù)和接口特征以及配套軟件的加載、運行；第二階段，使學生能熟練運用軟件平臺提供的基本類庫和API函數(shù)，完成攝像頭的驅動、數(shù)據(jù)流的抓取、信息的獲得和視頻的實時顯示；第三階段，讓學生實踐一些視頻處理的基本例程并進行深入思考；第四階段，啟發(fā)學生發(fā)揮個人想象力自主編制小規(guī)模視頻處理程序。[!--empirenews.page--]
2．3 實驗教學的效果
從教學實踐上看，學生掌握DSP數(shù)字視頻處理技術的熱情雖然較高，但遇到的困難也很大，主要原因在于DSP涉及的底層硬件較多，彼此協(xié)調配合的關系較為復雜。此外，TMS320DM642上層的驅動程序和API函數(shù)數(shù)目也很多，顯得較為凌亂。加之視頻處理程序的編制需要較高的C語言運用能力，因此對實驗教學提出了較高的要求?？陀^來講，在有限的課堂教學中讓學生全盤掌握DSP數(shù)字視頻處理技術的所有內容顯然是不現(xiàn)實的，較為可行的辦法是從最有普遍性和代表性的知識點入手，由易到難，先讓學生能夠運用有限的知識實現(xiàn)一定的功能，培養(yǎng)他們的學習興趣，打好基礎，為他們繼續(xù)深入研究創(chuàng)造可能。
為了調動學生學習的積極性，電子信息與自動化學院在實驗教學中把講與練有機結合起來，做到邊練邊講、講中有練。以第二階段為例，教師打破常規(guī)模式，讓學生閱讀DSP的使用說明，然后自己動手進行簡單視頻處理系統(tǒng)的搭建，經(jīng)過一定時間的摸索后，教師總結學生遇到的問題，然后開始集中講解，這樣就避免了學生因為缺少感性認識而不能深刻理解教學內容情況的出現(xiàn)，大大提高了教學效果。此外，教師不照本宣科，而是模擬實際項目開發(fā)，提目標，訂任務，放手讓學生大膽思考、自主實踐，然后針對難點個別指導，有的放矢。遇到問題時，教師也不去包辦解決，他們引導學生使用諸如斷點分析這樣的方法自己查找錯誤。通過這些努力，學生應用DSP進行數(shù)字視頻處理的水平在較短的時間內得到了明顯的提升。[!--empirenews.page--]
當教學進入第四階段后，許多功底扎實又富有創(chuàng)意的學生自主設計了很多個性鮮明的視頻處理程序，其中，“陰陽人”的小程序較為典型。該學生將課堂上練習過的視頻取反程序加以改進，與逐行掃描的思路結合，改變以往取反程序設計時常用的整體處理的思路，采用逐行處理的方法，在畫面上切割出的不同區(qū)域里分別顯示正常灰度與取反灰度，實現(xiàn)了“陰陽人”的效果，如圖1所示。運行速度快、實時效果好、占用資源少。

實踐證明，對DSP數(shù)字視頻處理這樣的實踐性很強的課程來說，只有確定學生能動的主體地位，制定有利于學生自主動腦分析問題、解決問題的教學方式方法，才能調動他們的積極性，提高他們的學習效率，取得較好的效果。

3 改進的方向
今后的改進方向包括：
(1)深入提煉教學內容。用DSP進行視頻處理具有很高的靈活性和伸縮度，其程序設計和調試的復雜性因操作人水平和能力的不同而差異巨大。對教學來講，需要在教學深度和學生接受程度之間做進一步的平衡，盡量讓學生能夠接觸更深層次的知識。這就需要對教學內容進行深入挖掘，提煉一批既有一定技術深度、又易于學生上手掌握的內容。[!--empirenews.page--]
(2)開展個性化教學。不同基礎和資質的學生對知識的掌握速度和理解程度并不統(tǒng)一。因此，在今后的實驗教學中應該根據(jù)他們個體的不同進行興趣小組的劃分，輔以相應的教學內容，滿足各自的求知欲望。

DMA將其中的數(shù)據(jù)轉為BT656碼流并送入輸出視頻接口，SAA7105負責將碼流轉換為PAL制式模擬電視信號輸出。
2．2 實驗教學的基本情況
    天津科技大學電子信息與自動化學院教師在教授完信號處理類主干課程之后，即開始進行數(shù)字視頻處理的課堂教學和實驗教學，前者主要講授視頻處理的理論知識、相關軟件硬件和最新的發(fā)展動向等，后者主要培養(yǎng)學生的動手實踐能力。
    鑒于DSP數(shù)字視頻處理技術的復雜性，該學院在實驗教學中采用由易到難、由點及面、理論與實踐相結合的方法，以期讓學生在盡量短的時間內能夠循序漸進初步理解DSP的基本原理、視頻數(shù)據(jù)處理的基本流程、主要的外設功能、軟件平臺的結構，并在此基礎上培養(yǎng)簡單的軟件編制技能。
    實驗教學大體可分為4個階段，第一階段，讓學生熟悉DSP處理視頻數(shù)據(jù)的基本流程，相關硬件的功能、參數(shù)和接口特征以及配套軟件的加載、運行；第二階段，使學生能熟練運用軟件平臺提供的基本類庫和API函數(shù)，完成攝像頭的驅動、數(shù)據(jù)流的抓取、信息的獲得和視頻的實時顯示；第三階段，讓學生實踐一些視頻處理的基本例程并進行深入思考；第四階段，啟發(fā)學生發(fā)揮個人想象力自主編制小規(guī)模視頻處理程序。[!--empirenews.page--]
2．3 實驗教學的效果
    從教學實踐上看，學生掌握DSP數(shù)字視頻處理技術的熱情雖然較高，但遇到的困難也很大，主要原因在于DSP涉及的底層硬件較多，彼此協(xié)調配合的關系較為復雜。此外，TMS320DM642上層的驅動程序和API函數(shù)數(shù)目也很多，顯得較為凌亂。加之視頻處理程序的編制需要較高的C語言運用能力，因此對實驗教學提出了較高的要求。客觀來講，在有限的課堂教學中讓學生全盤掌握DSP數(shù)字視頻處理技術的所有內容顯然是不現(xiàn)實的，較為可行的辦法是從最有普遍性和代表性的知識點入手，由易到難，先讓學生能夠運用有限的知識實現(xiàn)一定的功能，培養(yǎng)他們的學習興趣，打好基礎，為他們繼續(xù)深入研究創(chuàng)造可能。
    為了調動學生學習的積極性，電子信息與自動化學院在實驗教學中把講與練有機結合起來，做到邊練邊講、講中有練。以第二階段為例，教師打破常規(guī)模式，讓學生閱讀DSP的使用說明，然后自己動手進行簡單視頻處理系統(tǒng)的搭建，經(jīng)過一定時間的摸索后，教師總結學生遇到的問題，然后開始集中講解，這樣就避免了學生因為缺少感性認識而不能深刻理解教學內容情況的出現(xiàn)，大大提高了教學效果。此外，教師不照本宣科，而是模擬實際項目開發(fā)，提目標，訂任務，放手讓學生大膽思考、自主實踐，然后針對難點個別指導，有的放矢。遇到問題時，教師也不去包辦解決，他們引導學生使用諸如斷點分析這樣的方法自己查找錯誤。通過這些努力，學生應用DSP進行數(shù)字視頻處理的水平在較短的時間內得到了明顯的提升。[!--empirenews.page--]
    當教學進入第四階段后，許多功底扎實又富有創(chuàng)意的學生自主設計了很多個性鮮明的視頻處理程序，其中，“陰陽人”的小程序較為典型。該學生將課堂上練習過的視頻取反程序加以改進，與逐行掃描的思路結合，改變以往取反程序設計時常用的整體處理的思路，采用逐行處理的方法，在畫面上切割出的不同區(qū)域里分別顯示正?；叶扰c取反灰度，實現(xiàn)了“陰陽人”的效果，如圖1所示。運行速度快、實時效果好、占用資源少。

    實踐證明，對DSP數(shù)字視頻處理這樣的實踐性很強的課程來說，只有確定學生能動的主體地位，制定有利于學生自主動腦分析問題、解決問題的教學方式方法，才能調動他們的積極性，提高他們的學習效率，取得較好的效果。

3 改進的方向
    今后的改進方向包括：
    (1)深入提煉教學內容。用DSP進行視頻處理具有很高的靈活性和伸縮度，其程序設計和調試的復雜性因操作人水平和能力的不同而差異巨大。對教學來講，需要在教學深度和學生接受程度之間做進一步的平衡，盡量讓學生能夠接觸更深層次的知識。這就需要對教學內容進行深入挖掘，提煉一批既有一定技術深度、又易于學生上手掌握的內容。[!--empirenews.page--]
    (2)開展個性化教學。不同基礎和資質的學生對知識的掌握速度和理解程度并不統(tǒng)一。因此，在今后的實驗教學中應該根據(jù)他們個體的不同進行興趣小組的劃分，輔以相應的教學內容，滿足各自的求知欲望。