基于DSP的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)

朱友秀

摘 要： 網(wǎng)絡(luò)流行語“有圖有真相”是現(xiàn)今較為流行的一段話，通過這段話可以清晰地表明圖像與視頻在人們現(xiàn)今的生活中有著多么重要的地位。圖像與視頻在現(xiàn)今的生活中的應(yīng)用越來越廣泛，同時對于圖像與視頻的處理質(zhì)量也提出了更高的要求。做好圖像與視頻處理技術(shù)的研究與應(yīng)用對于我國電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著極為重要的意義。本文在分析圖像與視頻技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對如何采用DSP芯片來搭建圖像與視頻實(shí)時處理系統(tǒng)以確保圖像與視頻的處理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：圖像與視頻；DSP 實(shí)時處理；處理系統(tǒng)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，大量新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用極大地提高了人們的生活質(zhì)量。圖像與視頻是現(xiàn)代社會中接觸最多也是應(yīng)用最為廣泛的，做好圖像與視頻處理技術(shù)的研究通過對圖像與視頻進(jìn)行識別、除噪、增強(qiáng)及銳化等的處理以便獲得更好的圖像與視頻處理質(zhì)量和效率。在對圖像與視頻進(jìn)行處理的過程中DSP技術(shù)作為一種極為有效的圖像與視頻處理技術(shù)，積極將DSP應(yīng)用于圖像與視頻的處理中將能夠使得圖像與視頻發(fā)揮出更好的處理速度與處理效果。

1.DSP芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)今實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式

DSP數(shù)字信號處理其縮寫，DSP芯片是在分析數(shù)字信號處理特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對處理器所采取的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，相較于普通的單片機(jī)DSP，由于硬件結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化，因此在功能性、數(shù)字信號處理速度等方面具有更大的優(yōu)勢，因此在數(shù)字與圖像處理的硬件系統(tǒng)中DSP芯片得到了大量而廣泛的應(yīng)用。DSP芯片在硬件構(gòu)成上具有專用的硬件乘法器，并通過改進(jìn)操作方式將流水線形式作為主要的操作形式，從而極大地提升了DSP在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用。實(shí)時圖像處理技術(shù)在現(xiàn)今的交通監(jiān)控、目標(biāo)跟蹤、輔助駕駛等領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。實(shí)時圖像處理所需處理的數(shù)據(jù)量較多、處理速度要求較快，從而要求以DSP芯片為主的實(shí)時圖像處理硬件結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，DSP所具有的高運(yùn)算性和數(shù)據(jù)處理能力以及良好的可編程性能夠良好地滿足實(shí)時圖像處理技術(shù)對于硬件的要求，并能夠?yàn)閷?shí)時圖像處理的硬件構(gòu)成提供更為良好的靈活性。現(xiàn)今在實(shí)時圖像處理硬件系統(tǒng)的構(gòu)成中多采用的是運(yùn)用多處理器來構(gòu)建實(shí)時圖像處理運(yùn)算中心，構(gòu)筑不同硬件結(jié)構(gòu)模式的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)。現(xiàn)今以DSP芯片所構(gòu)建的實(shí)時圖像處理硬件系統(tǒng)主要分為主從式系統(tǒng)和并行式系統(tǒng)兩大類。在DSP芯片應(yīng)用于實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中時，對于一些實(shí)時圖像處理系統(tǒng)僅需采用單個DSP芯片并輔助以一定量的存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器以及信號放大外設(shè)等即可實(shí)現(xiàn)，而對于一些復(fù)雜的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)不僅僅要求圖形處理同時還要求系統(tǒng)具備一定的通信、控制等的功能因此必須在系統(tǒng)中使用多個處理器協(xié)同工作，用以發(fā)揮各自處理器的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今在實(shí)時圖像處理硬件系統(tǒng)的構(gòu)建上可以采用雙DSP芯片或是DSP芯片+MPU的結(jié)構(gòu)形式。在現(xiàn)今的很多實(shí)時圖像處理硬件構(gòu)成中采用的是DSP+MPU所構(gòu)建的主從式系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中將MPU作為主機(jī)而DSP芯片作為從機(jī)，MPU作為主機(jī)可以對DSP所構(gòu)建的從機(jī)進(jìn)行復(fù)位、運(yùn)行以及掛起等的控制，從機(jī)在主機(jī)的控制和協(xié)運(yùn)作下用以完成其做負(fù)擔(dān)的工作。MPU主機(jī)將一部分的數(shù)據(jù)交由從機(jī)DSP進(jìn)行處理并將處理完成后的結(jié)果傳輸至主機(jī)中。上述這種硬件系統(tǒng)在工業(yè)信號的采集處理方法有著較強(qiáng)的優(yōu)勢。實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中的并行硬件架構(gòu)，在構(gòu)建硬件系統(tǒng)并行架構(gòu)時主要的處理方案采用的是多處理器系協(xié)同并行運(yùn)行的工作模式，用以實(shí)現(xiàn)對于硬件系統(tǒng)輸入信號的高速處理。在硬件系統(tǒng)工作的過程中，各協(xié)同處理單元之間存在著一定的因果聯(lián)系，為做好數(shù)據(jù)的處理實(shí)現(xiàn)各處理單元之間的協(xié)作，需要在并行處理時采用流水線處理方式。本文介紹了 一種基于雙DSP芯片的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)設(shè)計方案。

2.DSP芯片在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1做好DSP芯片的選擇

在某型號實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計過程中，硬件結(jié)構(gòu)采用兩片DSP芯片相互協(xié)調(diào)工作的架構(gòu)形式，在數(shù)據(jù)并行處理方式上選用的是流水線方式，從而使得兩片DSP芯片能夠獨(dú)立的完成各自的處理任務(wù)，在基于全局的時鐘的時序及控制模塊控制下實(shí)現(xiàn)了并行處理。在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計時需要合理的選擇DSP芯片，在實(shí)時圖像處理控制系統(tǒng)中所使用的DSP芯片需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，且涉及圖像和視頻的計算處理過程較為復(fù)雜因此對于DSP芯片的處理能力要較高，在進(jìn)行DSP芯片的選擇時需要對DSP芯片進(jìn)行合理的選擇。此外，實(shí)時圖像處理系統(tǒng)在進(jìn)行DSP芯片選擇時需要考慮眾多的影響因素，在進(jìn)行實(shí)時圖像處理的過程中根據(jù)所選用的數(shù)據(jù)處理格式的不同而對信號的處理精度會產(chǎn)生不同的影響，采用不同的數(shù)據(jù)處理格式除了會對信號處理的精度造成影響外還會造成信噪比和動態(tài)范圍有所差異。此外，在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中不同的數(shù)據(jù)格式也會對實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)難度和易用性產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。當(dāng)選用定點(diǎn)或是浮點(diǎn)的DSP芯片時，在進(jìn)行數(shù)字信號處理前首先需要對A/D轉(zhuǎn)換時的比特數(shù)做好相應(yīng)的分析，對于所需處理的實(shí)時圖像像素低于16bit的可以選用16bit的定點(diǎn)DSP芯片，以便對圖像或是視頻進(jìn)行良好的處理。而如所需處理的圖像或是視頻的像素大于16bit時，在DSP芯片的選擇上可以選用浮點(diǎn)DSP芯片以滿足實(shí)時圖像處理系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的處理需求，通過選用浮點(diǎn)DSP芯片能夠?qū)Ω鼘挿秶鷥?nèi)的圖像或是視頻信號進(jìn)行動態(tài)捕捉。在選用浮點(diǎn)或是定點(diǎn)DSP芯片時，在同等條件下定點(diǎn)DSP芯片在功耗、性價比以及穩(wěn)定性方面有著較大的優(yōu)勢且更容易實(shí)現(xiàn)。此外，在選用DSP芯片時還需要根據(jù)所實(shí)時圖像處理系統(tǒng)對于DSP芯片的運(yùn)算速度、芯片的存儲結(jié)構(gòu)以及外部總線等的要求選擇合理的DSP芯片型號，用以確保實(shí)時圖像處理的有效性。

2.2DSP芯片應(yīng)用于實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)

當(dāng)將DSP芯片應(yīng)用于實(shí)時圖像處理系統(tǒng)時，需要選用具有強(qiáng)大運(yùn)算能力的DSP芯片用以處理視頻和數(shù)據(jù)圖像。實(shí)時圖像處理系統(tǒng)主要由圖像采集、圖像處理和數(shù)據(jù)通信等幾個主要的模塊組成。在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中的圖像采集模塊中需要具備對于實(shí)時圖像信號的采集和顯示功能的同時還能及時地對圖形和視頻信號進(jìn)行分析和結(jié)果反饋。為實(shí)現(xiàn)上述功能需要高性能的DSP芯片用以滿足高速數(shù)據(jù)處理的需求。此外，在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中還需要注意選擇合理的圖像處理方式，以提高實(shí)時圖像系統(tǒng)對于信號的采集和處理能力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于實(shí)時圖像處理的要求也越來越高，實(shí)時圖像處理系統(tǒng)所需要處理的數(shù)據(jù)量呈幾何式增長，為滿足實(shí)時圖像處理系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)處理的需求，在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的架構(gòu)上可以采用FPGA架構(gòu)模式，通過利用雙DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對于實(shí)時圖像的處理。雙DSP芯片的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)在數(shù)字信號的處理方式上采用并行流水線處理方式，通過嚴(yán)格的同步時序控制方式及數(shù)據(jù)共享通信方式來極大的提升數(shù)據(jù)的處理及壓縮速率。此外在實(shí)時圖像處理算法上通過選用針對性的算法對所需處理的實(shí)時圖像及視頻信號打包并發(fā)送至存儲或是輸出模塊。

結(jié)語

DSP芯片應(yīng)用于實(shí)時圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)中能夠使得實(shí)時圖像處理系統(tǒng)獲得良好的圖像或是視頻信號處理能力，本文在分析DSP芯片特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對如何做好DSP芯片在實(shí)時圖像處理系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析介紹。

參考文獻(xiàn)

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