基于FPGA和双DSP的高速视频图像处理系统设计(精)

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基于FPGA_DSP的高清视频图像系统设计与实现_高杨

基于FPGA_DSP的高清视频图像系统设计与实现_高杨

测试系统与模块化组件 电 子 测 量 技 术 ELEC TRON IC M EAS UREM EN T TECH NO LOGY 第34卷第1期2011年1月 基于FPGA+DSP的高清视频图像系统设计与实现高 杨 刘荣科 胡 伟(北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191)摘 要:无人机在侦察、测绘等领域对图像分辨率的要求不断提高,随之带来了数据量的显著增大,其次,视频图像系统与传统遥控遥测系统的融合也是设计中需要考虑的。

针对以上问题,设计并实现了一种基于F PGA+DSP的机载高清视频图像系统,包括机载设备端和地面站端两部分,最高支持分辨率为1280×720,每秒25帧的M PEG-4实时视频编解码,平均码速率在5M bps以下。

图像分辨率和视频码率可通过上行遥控指令动态切换。

视频数据与遥测数据实现了组帧传输。

设备体积小、功耗低、可靠性高,成功完成了挂飞实验。

关键词:M PEG-4;高清视频;遥控;遥测;FPG A;DSP中图分类号:V243.5 文献标识码:ADesign and implementation of high definition videoimage system based on FPGA+DSPG ao Y ang L iu Rong ke H u Wei(Beijing University of Aeronautics and A stronau tics Electronic and Information Engineering Ins tiiu te,Beijing100191)A bstract:T he requirements o f video imag e reso lution is eve r increa sing in the UA V reco nnaissance,mapping and other fields,w hich bring a significant amount of data increa se.In additio n,the integ ratio n of video imaging sy stem and traditio nal telecontr ol and telemetering sy stem is r equired in sy stem design consider atio n.T o solve the pr oblems abo ve, w e de sig n and implement an air bo rne hig h definitio n video image system based on F PG A+DSP,including tw o pa rts: airbo rne equipment end and g round statio n end,it suppor ted the maximum re so lutio n o f1280×720,25fr ame s per second in M PEG-4real-time video encoding and deco ding w ith the ave rage code ra te below5M bps.Imag e re so lutio n a nd video code ra te can be switched up by teleco mma nd dy namically.T he video data and telemetry data are transmitted in the same f rame.T he equipment w ith sma ll size,low pow er consumptio n,hig h re liability,successfully co mpleted flight e xperiments.Keywords:M PEG-4;hig h definition video;telecontro l;telemetering;FPG A;DSP0 引 言无人机广泛应用于军事侦察以及民用测绘等领域,其中的机载视频图像系统是机载电子系统中的重要环节之一。

基于FPGA+DSP的高清视频图像系统的硬件构建

基于FPGA+DSP的高清视频图像系统的硬件构建

基于FPGA+DSP的高清视频图像系统的硬件构建本文围绕基于FPGA+DSP的高清视频图像系统的硬件系统展开分析,从不同的层面展开对其架构和功能的探讨。

关键字:FPGA;DSP;视频;图像系统在实际的应用环境中,高效的视频编解码技术有着广泛的应用,尤其是当前无人机对于各类工作的广泛深入,更加使得民用测绘以及军用侦测等领域,都对视频图像处理技术提出了更为迫切的要求。

无论何种应用场景,都要求能够将无人机在高空中拍摄的地面图像发送回地面,并且进一步展开处理。

相对于民用系统而言,军用的要求明显更为严格。

从高空中获取到的图像数据,其数据帧内的目标像素都比较小并且目标数量大,这就要求尽可能大的提升图像分辨率,以获取到关于地面的更多情况。

但是与此同时,随着分辨率增加的是需要传输的数据总量,这无疑与当前相对而言比较有限的无线带宽资源形成矛盾。

在这样的背景之下,不仅仅需要发展出更为有效的无线数据传输方式,高效的视频编解码技术更是成为核心重点,直接关系到解析图像本身的效果。

对于需要多路视频传输,并且整体数据率固定的情况下,可以考虑降低单路视频分辨率或者提升单路压缩比来展开工作。

想要实现这种工作方式,系统应当能够实现对于分辨率和压缩比的动态调整和切换,在提升灵活性的同时面向实际需求展开服务。

除此以外,无人机与地面的通信过程中,还需要接收地面传送向无人机的指令并且加以落实,这些数据同样要求比较高的实时性特征。

如果将这些数据与视频数据放在两个独立信道,则传输工作的整体效率就会有所降低。

因此如何构建一个包括传统遥测数据和视频数据的广义遥测系统成为必需。

一、基于FPGA+DSP的高清视频图像系统框架建设在FPGA+DSP两项技术的共同支持之下,整个高清视频图像系统架构可以参见图1。

具体而言,就是大体划分为两个部分,即机载设备端的系统和地面设备端的系统,二者之间通过无线通信网络进行数据的传输和交换。

从图1中可以看到,对于机载设备端而言,经由影像传感器获取到的视频模拟信号数据,将交由AD进行处理,并且转化成为数字信号传递给FPGA,在经过FPGA的预处理之后,生成原始数字视频数据送达DSP进行视频编码。

基于DSP+FPGA技术的视频图像采集系统的设计

基于DSP+FPGA技术的视频图像采集系统的设计

2 系统结构及基本原理
一个完整的图像处理系统不但要具备图像信号的 采集功能, 还要求能对图 像进行实时显
示, 且要求完成图 像信号的 及处 分析 理算法( 像压缩匆 。 这些算法的 如图 通常 运算量大, 时 同 又要满足实时显示的 要求, 因此采用高速D P S 芯片作为数据核心处理单元。 另外, 要求系统
采集, 集部分向 存储区 像数据; 块用于 采 该 写图 另一 外部对图 读取, S 像的 DP可以 该存 读取 储区中的图像数据。 双缓存结构的一个重要特点在于 D P对存储区的数据操作是随着双口 S R M存储地址来回 A 切换的。 / 当AD转换数据写满R M 1 FG A - 时, P A会向D P S 发出一 断 个中 信号, 此时, S 读取R M 1 DP A - 中的数据,同时, / AD转换数据写人R M 2 A -,当R M 中 A- 2 的数据写满时, P A会向D P FG S 发出一个中 断信号, 此时, S 读取R M 2 DP A - 中的数据,同 时, / AD转换数据写人R M 如此交替, A -, 1 实现数据的 写人与 读取同时进行。 于D P 由 S 读取 双口R M中 A 数据的 速度远远大于A〕 A 转换写人数据的速度, 为允许采集与外部访问的同时
进行, 故采用两块存储区 操作的乒乓式切换, 满足数据的实时交换的 要求。 系统的工作过程
为:
( DP N D 1 S 通过E A 信号控制采 ) 集系统的 运行, N D 1 数据采 统 工作, 当E A = 时, 集系 开始 则数据通过AD不断地送人双口R M, / A 且双口R M每隔2 A K发出 一个中 通知D P 断, S 读取
和DP 法比 的 势。 PA时 率 内 延小; 部 逻 硬 完 速 S 无 拟 优 FG 钟频 高, 部时 全 控制 辑由 件 成, 度

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统设计

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统设计

的缓 冲 。整 个 系统的 工作 流 程 在 F GA 和 D P的分 工 及协 作 下 完成 , 比使 用单 片 DS P S 这 P建 立 的处 理 系
统性 能提 高 2 左右 。该 系统 具 有可重 构性 , 5 方便 其 它算 法在该 系统上 实现 。
关键 词 : P F GA; S J E 双 口 RAM ; D P;P G; 图像 压 缩
第 1 卷 第 4期 1
21 0 1年 8月
潍 坊 学 院 学报
J u n l fW efn ie st o r a ia g Unv r i o y
V0 . 1N0 4 11 .
J 12 1 u. 0 1
基 于 F GA 和 DS P P的 高 速 图 像 处 理 系 统设 计
确 的配置之后 , 就可 以输 出 1 的图像数据 和一些 同步信 号 。在本系统 中采用 I O位 z C实现 传感 器配 置 ,P F— G 管脚通 过模拟 IC时序 , A 。 完成 对 C MOS 感器 的初始 化配置 , 中要 配置 的寄存 器如表 1 传 其 所示 。
表 1 MT M0 9 1寄存 器 设 置
编程逻 辑 阵列 ( P F GA) 出现解 决 了上 述 困难 , 电路 的灵活 性设 计提 供 了方便 [ 。 的 为 4 ]
从 系 统开发 成本 、 能 、 性 开发难 易程 度等 多方 面综 合考 虑 , 基于 F G 和 D P的系 统具 有 灵 活性 高 、 P A S 实用性 强 、 可靠性 高 的优 点 。在此类 系 统 中 ,P F GA和 DS P之 间 数据 的通 信 方式 和速 度 , 直 接影 响着 整 将 个 图像 处理 系统 的效 率 。为 提 高 处 理 效 率 , 文 试 图 借 助 于 一 片 低 功耗 F GA、 片 D P和 一 片 双 口 本 P 一 S

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统设计

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统设计

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统设计李秀圣【摘要】A high-efficient image processing embedded system which is based on the field programmable gate array and high-speed digital signal processor was designed in this paper.With a dual-port RAM,a novel data transmission structure was designed,and ping-pong te%介绍了一种基于现场可编程逻辑阵列和数字信号处理器协同作业的高速图像处理嵌入式系统。

借助于单片双口RAM,设计了一种新颖的数据传输结构,并利用乒乓技术实现对实时高速图像数据的缓冲。

整个系统的工作流程在FPGA和DSP的分工及协作下完成,这比使用单片DSP建立的处理系统性能提高25%左右。

该系统具有可重构性,方便其它算法在该系统上实现。

【期刊名称】《潍坊学院学报》【年(卷),期】2011(011)004【总页数】4页(P5-8)【关键词】FPGA;DSP;JPEG;双口RAM;图像压缩【作者】李秀圣【作者单位】潍坊学院,山东潍坊261061【正文语种】中文【中图分类】TP274.2随着科技进步,人们对实际应用中的图像处理系统在成本、体积、性能上的要求不断提高[1-3]。

专业DSP(数字信号处理器)的出现,能够解决采用计算机进行图像处理带来的成本高和体积大的问题,但是一些高速数字信号处理操作具有算法复杂、数据量巨大的特点,从性能上讲,单DSP难以满足应用的要求。

ASIC(专用集成电路)设计成本高、灵活性低,且会受到ASIC厂商的限制。

在这种背景下,大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)的出现解决了上述困难,为电路的灵活性设计提供了方便[4-5]。

基于DSP+FPGA技术的视频图像采集系统的设计

基于DSP+FPGA技术的视频图像采集系统的设计

图2
FPGA采集控制部分逻辑原理框图
4.3
DSP中断控制取数部分
数字信号处理是DSP应用的主要方面。DSP所提供的数学运算能力和运算速度远远高于
单片机,具有更为丰富的指令和更大的内存空间,可以实现较为复杂的处理算法。视频信号 经过A/D转换后,形成量化后的数字图像信号,其数据由8位并行接口输出双口RAM,然后 由DSP的中断取数功能在RAM中取数,处理后供主控计算机使用。其工作过程如下:
3.3
DSP核心处理模块 DSP是整个图像处理系统的核心,对采集到的信号进行处理、压缩等过程都由DSP编程
实现。系统由DSP通过芯片上的HPI接口与主机进行通信,接受主机控制命令并向主机传输 采样数据。DSP可对采样所得数据进行实时处理。由于实时性的要求,我们选用,11公司的
DSP处理器TMS320C6202B。 3.4
待下一个HS到来。图2为FPGA采集控制部分逻辑原理框图。
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f6.31Is)
ENAD---DSP发出的AID控制信号 HS--:暖同步信号
cso一组合同步信号—1
AD_CLK—外每时钟信号 AD D限一向DSP发出取敦中断脉冲 ENCA—控喇AD转换信号
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由于在硬件设计时对实际应用的要求并不能完全了解,设计方案有一定的局限性,因此
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需要使系统具有足够的冗余和灵活性。使用FPGA可以达到这—要求,通过将可能需要的各
种控制和状态信号引入FPGA,利用FPGA的大容量和现场可编程的特性就可根据不同的要求 进行现场修改,增大系统设计的成功率和灵活性。

基于FPGA+SoPC的视频图像处理系统设计

基于FPGA+SoPC的视频图像处理系统设计

基于FPGA+SoPC的视频图像处理系统设计唐婷婷【摘要】随着信息科技技术的深入研究与应用,在很多行业领域都应用到视频图像。

该文对视频图像处理系统设计分析与研究关键通过SoPC及FPGA两大处理技术。

系统采用视频转换芯片SAA7113完成视频图像采集模块的设计,采用CY7C1049 SRAM完成图像数据的存储,设计VGA显示输出控制关联模块,同时重新修改了显示芯片具体运作形式的配置信息,相结合产生VGA具有控制能力的信号;参考VGA显示器的运行原则,实现了VGA帧一致性信号与接口水平的提升。

%With the further research and application of information technology,video images are applied in many fields. The video image processing system based on two processing technologies of SoPC and FPGA was designed and analyzed. The vid-eo conversion chip SAA7113 was adopted in the design of video image acquisition module. CY7C1049 SRAM was used to com-plete image data storage. VGA display and output control module was designed. The configuration information of the operation mode of the display chip was modified,with which VGA work control signal was generated. According to the industrial standard of VGA display,the improvement of the VGA interface level and frame synchronization signal was realized.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】5页(P59-63)【关键词】视频图像;图像处理;FPGA;SoPC【作者】唐婷婷【作者单位】复旦大学附属华东医院,上海 200040【正文语种】中文【中图分类】TN919-34;TP271对视频图像进行处理的过程中,通常图像数据信息具有庞大的运算量与吞吐量,因此需要功能强大的视频图像处理系统。

基于DSP和FPGA的实时视频图像处理系统设计

基于DSP和FPGA的实时视频图像处理系统设计

基于DSP和FPGA的实时视频图像处理系统设计
徐胜
【期刊名称】《自动化信息》
【年(卷),期】2013(000)003
【摘要】随着DSP的不断发展,视频图像处理技术也不断提高并得到了广泛的应用[1】。

其中主要应用之一是对被测物体进行高速实时采集。

由此本文介绍了一种实时视频图像处理系统设计,该系统以TMS320C6455为核心,结合视频解码芯片SAA711IH,与FPGA构成实时图像采集和逻辑控制单元,其中主要利用乒乓缓存操作来实现数据的采集和处理【2】。

作者详细介绍了FPGA的图像采集和逻辑控制部分,DSP数据中断响应处理结果,可以将处理好的数据发送到PC机上做进一步的处理。

该系统在工业领域图像处理方面具有较高的利用价值。

【总页数】3页(P43-44,22)
【作者】徐胜
【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都610031
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于DSP+FPGA的实时视频采集系统设计 [J], 同伟锋;胡方明;杨颖飞;叶一初
2.基于DSP+FPGA线性结构的计算机图像处理系统设计研究 [J], 高菲;贾涛
3.基于DSP的Retinex实时视频图像处理系统设计 [J], 文迪;李武劲;古博;张弛;王
明辉
4.基于DSP+FPGA的实时视频信号处理系统设计 [J], 苏宛新;程灵燕;程飞燕
5.基于DSP的实时视频图像处理系统设计 [J], 江娟娟;汪梅
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基于DSP和FPGA的视频图像处理系统设计

基于DSP和FPGA的视频图像处理系统设计

技术创新中文核心期刊《微计算机信息》(管控一体化)2008年第24卷第7-3期360元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》图像处理基于DSP和FPGA的视频图像处理系统设计DesignofvideoimageprocessingsystembasedonDSPandFPGA(1中国科学院西安光学精密机械研究所;2.中国科学院研究生院)杨露1,2苏秀琴1向静波1,2石磊1,2YANGLuSUXiu-qinXIANGJing-boSHILei摘要:介绍了基于TMS320C6416和EP1C4F400C8的实时视频图像处理系统的设计原理。

系统以DSP为图像处理核心,以FPGA为数据采集和传输的逻辑控制单元,利用乒乓操作实现数据的缓冲和处理。

详细地讨论了视频数据采集部分的结构和FPGA的控制逻辑,以及DSP响应中断后数据的转移和处理。

实验表明,此系统实时性和稳定性均达到了设计要求,具有很大实用价值。

关键词:视频输入处理器;乒乓操作;数字信号处理器;现场可编程门阵列中图分类号:TP311文献标识码:AAbstract:Thispaperdesignedareal-timesystemofvideoimageprocessingbasedonTIDSPofTMS320C6416andAlteraFPGAofEP1C4F400C8.ThesystemusedDSPasamainimageprocessingunit,accomplishedlogiccontrolofdatacatchingandtransmissionwithFPGA,andimplementeddatabufferwithping-pongoperation.Thedesignprinciplewasintroduced.Theconstructionofacquisitionpart,logiccontrolofFPGA,andDSPinterruptrespondofdatatransmissionandprocessingwerealsoexpanded.Theexperimentresultsindicatethathardwarearchitectureiseffectiveandfeasible,theperformancemeetstherequirementofreal-timeprocessing,andthesystemhasasignificantpracticalapplicationvalue.Keywords:Videoinputprocessor;Ping-pongoperation;DSP;FPGA文章编号:1008-0570(2008)07-3-0288-02引言图像处理技术已经被广泛应用于视频图像处理的各个领域,相关的图像处理算法复杂灵活,处理的数据量大,因此实用的图像处理硬件系统要求必须具有运行复杂灵活的算法以及处理大数据量视频图像的能力,以保证系统的实时性,同时系统的体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。

一种基于DSP和FPGA的视频图像处理系统的设计方案(精)

一种基于DSP和FPGA的视频图像处理系统的设计方案(精)

.苍肯直m一西安电子科技大学概毒工程学院薛大鲁蔫爨拳穗一种基于DSP和FPGA的视频图像处理系统的设计方案摘要:本文介绍了视频图像处理硬件平台的系统原理和实现方法。

该平台具有较好的灵活性和通用性,完全实现了在线配置和系统编程。

关键词:DSP;FPGA;图像处理引言目前,FPGA的容量已经跨过了百万门级,使得FPGA成为解决系统级设计的重要选择方案之一。

DSP+FPGA组成的系统具有结构灵活,通用性强,适于模块化设计的特点,从而提高了算法效率;同时其开发周期短,系统也易于维护和扩展,适合于实时信号处理。

在图像处理系统中,底层的信号预处理算法要处理的数据量很大,对处理速度的要求高,但算法结构相对比较简单,适于用FPGA进行硬件实现,这样能同时兼顾速度及灵活性。

高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少,但算法的控制结构复杂,适于用运算速度快、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。

总体设计该图像处理系统是基于DSP+FPGA结构来设计的。

FPGA 是整个系统的时序控制中心和数据交换桥梁,而且能够实现对图像数据的快速底层处理。

DSP是整个系统实时处理高级算法的核心器件。

系统结构框图如图1所示,前端传来的模拟视频信号经视频解码器解码后转换成数字图像信号。

数字图像数据在FPGA的控制下有两种流向:一路是原始图像数据经过FPGA的转接后存储到SRAM中暂存;另一路原始图像数据经FPGA 转接后传送给DSP,DSP对图像数据进行高级算法处理,将结果与SRAM中的数据再次经过FPGA处理后,输出给视频编码器编码后发送到监视器显示。

USB控制器在系统中有两种工作模式:一种是在系统调试过程中,作为系统的主控CPU,负责系统与计算机的通信,主要包括将数字图像数据传送到计算机中保存和处理,PC机下载DSP的程序到程序存储器并在线更改参数以及PC主机动态监视系统参数。

同时USB控制器还负责视频编解码器件的初始化配置和控制DSP的程序加载。

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统作者:舒志猛陈素华来源:《现代电子技术》2012年第04期摘要:为了提高图像处理系统的高性能和低功耗,提出了一种基于FPGA和DSP协同作业的高速图像处理嵌入式系统,其中DSP为主处理器,负责图像处理,而FPGA为协处理器,负责系统的所有数字逻辑。

整个系统中FPGA和DSP的工作之间形成流水,同时借助于单片双口RAM()完成两者的通信,比使用单片DSP建立的处理系统性能提高25%左右。

该系统具有可重构性,方便其他的算法于该系统上实现。

关键词:图像处理; FPGA; DSP;双口RAM中图分类号:; TP274+.2文献标识码:A文章编号:(1. Xuji Metering Limited Company, Xuchang 461000, China;2. College of Electrical & Information Engineering, Xuchang University, Xuchang 461000, China)Abstract: In order to improve the performance of image processing embedded system and reduce its powerpaper. DSP as a main processor is used to control the module of image process, and FPGA chip as aration in the system is divided between the FPGA and DSP in the form of the pipelined, the performance of the system is 25% higher than that of the processing system based on the single DSP. The system is easy to transplant other algorithms into it due to its reconfigurability.Keywords:收稿日期:引言现阶段用于数字图像处理的系统有很多种,而从成本、性能、开发难易程度等多方面的考虑,基于FPGA和DSP的灵活性高、实用性强、可靠性高的图像压缩系统脱颖而出。

基于FPGA+DSP的高速视频实时处理系统设计

基于FPGA+DSP的高速视频实时处理系统设计

1310 引言随着经济的快速发展,各个领域对高速视频图像实时处理的速度与精度提出了更高的要求,譬如:机器人导航领域、现场监控领域、安防领域等。

在此背景下,高速视频图像实时处理技术得到了长足的发展[1]。

20世纪70年代,人们开始利用高速摄像机来记录运动的物体,但当时高速摄像机是以胶片的形式作为记录介质,无法实现数据的实时处理[2]。

现如今,高速工业相机的采样频率高达1000FPS (Frame Per Second)[3],由于高速视频图像实时处理系统具有数据量大,数据相关性高,而且对图像的帧、场时间具有严格的限制,因此,高速视频图像实时处理领域对中央处理芯片、外部存储芯片的工作速率以及核心算法的运算复杂度等都提出了极大的挑战[4]。

1 系统设计如图1所示,高速视频实时处理系统采用Xilinx公司的K7系列FPGA芯片作为核心控制器,采用TI公司TMS320 C6455作为图形处理器。

通过Camera Link总线接收高速视频数据,并将视频数据缓存在由4片DDR3-SDRAM构造64位宽的外部动态存储器内,同时根据接收视频的帧位置向DSP发送中断。

DSP根据中断信息通过DMA的方式从DDR3中读取视频数据进行实时跟踪处理。

并将跟踪波门信息反馈给FPGA。

FPGA利用视频叠加技术将波门叠加在输出的VGA视频中实时显示。

1.1 高速视频输入高速视频采用Camera Link Full接口输入,视频分辨率1280×1024、位宽8bit、帧频520f/s。

Camera Link标准由数家工业级相机及采集卡制造商共同制定,该接口具有通用性,标准规定了引脚分配及相应的接插件规范,能够确保兼容设备的接口实现无缝连接。

Camera Link标准基于Channel Link技术,在传统LVDS (Low Voltage Differential Signaling)传输数据的基础上加载了并转串发送器和串转并接收器,利用SER DES技收稿日期:2021-03-08作者简介:张小永(1987—),男,满族,北京人,本科,研究方向:数字图像处理技术。

一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计与实现

一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计与实现

一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计
与实现
 1、引言
 实时视频图像处理技术的应用十分广泛,在民用领域有机器人视觉、资源探测和医学图像分析等;在军用领域有导弹精确制导、敌方目标侦察与跟踪等。

 本设计中采用了DSP+FPGA的硬件结构,DSP采用ADI公司的高性能双核DSP-BF561作为主处理器,负责整个算法的调度和数据流的控制,完成图像数据的采集与显示及核心算法的实现;而FPGA作为DSP的协处理器,依托其高度的并行处理能力,完成图像预处理中大量的累乘加运算。

DSP的2个内核与FPGA通过中断进行通信响应,使系统的各处理器并行工作,提高了DSP内核及FPGA的利用效率,保证了系统采集与显示的实时性。

 2、系统原理与结构
 图像采集与处理系统主要包括4大模块:图像采集模块、存储模块、处理模块和显示模块。

图1所示为DSP+FPGA的图像采集与处理系统硬件结构框图。

基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计

基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计

基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计
李易难;牛燕雄;杨露
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2014()1
【摘要】针对图像采集与处理的应用要求,提出了基于双核DSP搭配FPGA的构架设计,DSP作为主处理器,通过其专用的PPI视频接口配合DMA控制器控制视频图像的采集、存储,并完成目标识别;FPGA作为协处理器,完成图像预处理中的累乘加运算并且为DSP提供部分寄存器扩展。

阐述了系统的工作原理及各功能模块的构成,设计了图像采集处理系统,实现了视频图像的实时采集与处理。

实验结果表明:系统可对25frames/s、16bit、720×576像素的视频图像进行采集与处理,具有良好的实时性。

【总页数】4页(P58-61)
【关键词】实时采集显示;BF561;FPGA;PPI
【作者】李易难;牛燕雄;杨露
【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN2
【相关文献】
1.基于FPGA的实时视频图像采集处理系统设计 [J], 高俊岭;陈志飞;章佩佩
2.基于FPGA高速视频图像实时采集与处理系统设计 [J], 田杰;王广龙;乔中涛;高
凤岐
3.基于FPGA的LVDS视频图像采集与预处理系统的设计实现 [J], 黄国鹏;刘卫东;乔明胜;陈兴锋
4.基于DSP的视频图像采集处理系统的设计 [J], 蒋峰;孙志毅;何秋生
5.基于 DirectShow 和 WPF 的实时视频图像采集与处理系统设计与实现 [J], 武凤翔
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基于DSP和FPGA的图像处理系统设计

基于DSP和FPGA的图像处理系统设计
关键字:DSP;FPGA;图像处理;电路设计;系统软件
Abstract
This paper studies the system design principle and composition the of TI high performance DSP core processor for real-time video image processing , and it can achieve video image processingsystem basedon the architecture of DSP and FPGA. The image processing system is composed of image acquisition circuit, image processing circuit, display circuit and system software.
题目:基于DSP和FPGA的图像处理系统设计
外文题目:IMAGE PROCESSING SYSTEM DESIGN BASED ON DSPAND FPGA
摘要
本文研究了以TI高性能DSP为核心处理器的视频实时图像处理系统的设计原理与组成,并基于DSP + FPGA架构实现了视频图像处理系统。本图像处理系统主要由图像采集电路、图像处理电路、显示电路以及系统软件组成。
首先经过CCD图像传感器采集复合视频信号,经过视频A/D处理器(SAA7115)转换成8 bit的数字信号,通过DMA方式存放在双口RAM中,该处理器同时还输出像素时钟信号(PCLK),场同步(CS)、行同步(HS)、奇偶场(OE)、复合消隐信号(BLANK)。
数字信号处理器DSP(TMS320VC5501)是本处理器的核心部分,其功能是完成整个系统的图像预处理以及数据流存储时序控制等功能。经过DSP处理后输出8 bit的数字视频信号以及像素时钟信号(PCLK)、场同步(CS)、行同步(HS),一起送FPGA产生视频信号的时序逻辑,然后送视频D/A处理器(SAA7105H),最后通过VGA视频接口输出。静态双口RAM用于存储图像数据的,图像数据的读写控制时序通过DSP来实现。视频D/A处理器(SAA7105H)将FPGA输出的数字视频信号、像素时钟、行场同步信号合成为彩色全电视信号然后通过VGA输出。该视频图像处理系统可以实现实时的数据视频信号的采集、处理及显示,可以应用于视频处理的相关领域。

基于DSP+FPGA_线性结构的计算机图像处理系统设计

基于DSP+FPGA_线性结构的计算机图像处理系统设计

第14期2023年7月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.14July,2023基金项目:山西省高等学校教学改革创新项目;项目编号:J2021571㊂忻州师范学院院级改革专题项目资助;项目编号:JGZT201601㊂作者简介:王月新(1974 ),男,山西忻州人,实验师,硕士;研究方向:图像处理,人工智能㊂基于DSP +FPGA 线性结构的计算机图像处理系统设计王月新,刘明君(忻州师范学院,山西忻州034000)摘要:以DSP 为主要处理器的数字信号处理器加FPGA 技术作为辅助工具的高性能实时图像处理系统,利用两种芯片各自的优点,将其中的算法分成两部分,分别交给DSP 和FPGA 进行处理㊂因此,该方法的性能得到极大提升㊂基于上述背景,文章设计了以DSP 和FPGA 线性结构为基础的计算机图像处理系统㊂该系统结构简单,而且运行容易,通过加入相关的程序,可以高效地对图像进行识别㊁跟踪及匹配等㊂试验表明:该方法实时性和实用性强,可以很好地满足实际应用的要求㊂关键词:DSP +FPGA 线性结构;计算机;图像处理系统中图分类号:TP311㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀本文从关联分析的角度出发,指出在目标辨识与追踪的处理中,影像的分割与关联匹配是最主要的两项技术㊂影像分割技术是将影像对象与背景区分开,并从中抽取影像对象的处理技术㊂相关匹配是以系统为基础,建立出目标模型,并通过目标特征模型参数及道路和规范,利用参考实时图像相关的程度,以完成对对象的相对定位信息的测定㊂图像处理的实时性对图像信息的处理性能和实时性都有很高的要求㊂此外,它还需要更高的功耗,更大的体积,更高的稳定性㊂当前在国外,在目标监视领域,已形成一种以图像为基础的平行模型;接着又有一系列的数字信号处理器被持续地升级㊂在这一背景下,本研究以目前已有的DSP 与FPGA 架构为核心,建立了一个DSP 的DSG 与FPG 相结合的数字信号与图像处理系统,然后对图像处理算法进行研究㊂1㊀DSP 技术与FPGA 分析1.1㊀DSP 技术㊀㊀数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)是一门涉及许多学科和领域的新兴学科㊂对数字信号的处理,主要指的是使用计算机或是使用特殊的处理设备,以数字的形式采集信号㊁增强㊁压缩和识别等信号的处理方法,以获得人们所要求的信号㊂数字信号处理技术是指对信号进行数字化表达和处理的一种方法㊂其中,数位及类比式讯息是讯息处理中的一个子范畴㊂数字信号处理主要是对现实中不断变化的模拟信号进行检测和过滤[1]㊂所以,必须先对信号进行从模拟向数字的变换,一般采用ADC 来完成㊂由于其对数据的要求较高,所以对其进行分析和计算是十分必要的㊂为实现数字信号处理,必须使用计算机或者诸如DSP㊁ASIC 等特殊的处理装置㊂DSP 技术和器件具有灵活㊁精度高㊁抗干扰能力强等特点,其具有体积小㊁成本低㊁运算速度快等显著优势,是目前常用的模拟信号处理技术和设备所不能相比的㊂随着对互联网和多媒体服务的需求越来越大,美国的Sun 公司也即将将其最具竞争力的Personal Java 语言应用到DSP 上,从而使DSP 的数据处理更加自动化,更加智能㊂当然,在DSP 之前也有其他的程序语言,比如C 语言,但是这些程序对网络资源和多媒体信息的处理是没有能力的㊂而Personal Java 则是一种非常适用于个人的网络连接和应用的Java 环境,在此基础上的个人通信系统能够实现从互联网中下载数据和图片㊂另外,根据MPEG -4的要求,研制出满足MPEG -4要求的数字信号处理器,这将为将来的通信系统实现多种不同的多媒体数据传送奠定基础㊂1.2㊀FPGA㊀㊀现场可编程门阵列(Field -Programmable Gate Array,FPGA )是基于可编程阵列逻辑电路(Programmable Array Logic,PAL)和通用阵列逻辑(General Array Logic,GAL)等可编程电路而开发出来的产品㊂在特殊集成电路中,该技术不仅能有效地解决传统可编程器件存在的问题,而且能有效地弥补传统可编程器件存在的门电路数量受限的缺陷[2]㊂FPGA 器件是一种用于特殊集成电路的半定制电路,其是一种可编程的逻辑阵列,可以很好地解决原来的器件中存在的门电路数量太少的问题㊂FPGA 的主要组成有:可编程序的输入/输出部分㊁可组态的逻辑部分㊁DSP 控制部分㊁内嵌内存部分㊁配线资源㊁内置特殊的硬件核心,内置于底层的功能单位㊂FPGA 因其线路资源多㊁可重复性强㊁高集成性㊁造价低廉等优点而被越来越多地用于数字电路的设计中㊂FPGA 的设计流程具体包括算法设计㊁代码仿真以及设计㊁板机调试㊂设计者根据实际需求来构建算法架构,使用EDA 来构建设计方案或HD 来编写设计代码,并通过代码仿真来确保设计方案与实际要求相一致㊂在此基础上,完成了系统的硬件设计和软件设计,并通过软件的设计实现了系统的功能㊂2㊀系统结构分析与设计㊀㊀该系统主要以计算机图像的处理为基础,设计了一套以DSP +FPGA 为基础的计算机图像处理系统,具体如图1所示㊂图1㊀基于DSP +FPGA 的计算机图像处理系统结构在进行硬件设计的时候,本文所研究的系统主要是以DSP 和FPGA 为平台,结合视频解码器㊁摄像头等器件,来构建一个新型高速实时的数字图像处理系统㊂其工作过程为:CCD 对视频的输出信号进行采集,然后通过视频解码器进行A /D 转换,获得一个数字信号[3]㊂DSP 技术对一帧图像进行处理,FPGA 对数字图像信号进行了预处理,将经过的图像保存到帧中㊂在设计系统内容期间,必须综合考虑各种影响因素,如实时性㊁规模㊁调试等㊂3㊀系统硬件结构设计3.1㊀图像处理板结构设计㊀㊀图像处理板硬件结构是基础,其主要采用的是DSP 和FPGA 结构㊂其结构要在系统功能㊁硬件连接方面进行整合㊂本研究对结构展开了仔细的分析与设计㊂DSP 和FPGA 图像处理板硬件构成如图2所示㊂该硬件板的特征在于:(1)该硬件板是在工作中进行图像处理的关键部件㊂(2)该硬件板是一块关键的协同处理器,也是一块可以进行数据交互的核心㊂(3)采用JIAG 模拟架构㊂(4)每个晶片都有不图2㊀基于DSP +FPGA 的计算机图像处理板的硬件构成同的输出电压[4]㊂3.2㊀DSP 接口设计㊀㊀在此设计阶段,要使用FPGA 来完成DSP 芯片的功能设定,可以将DSP 外部中断的I /O 信号和计时器信号与FPGA 进行互相连接,这样就可以完成二者之间的相互通信㊂由于DSP 本身的内存不够,必须通过DSP 进行内存扩充才行㊂DSP 在实现外部存储器访问时,仅需要向其提供片外存储器相应的CE 空间初始地址,并以芯片需求为依据实现控制寄存器的设置来实现接入[5]㊂在本文所讨论的系统中,对两个外存片进行了扩展,在设计外存片时,使用了一个时钟,能够实现800Mbit /s 的传输,所以能够很好地符合该设计的需要㊂把各个芯片DSP 及SDRAM 的接口分别与FPGA 的I /O 进行连接,可以方便地实现FPGA 与SDRAM 的连接㊂图3㊀FPGA 和SDRAM 的连接方式3.3㊀FPGA 电路设计㊀㊀与DSP 芯片的外设相比,FPGA 的外设比较容易实现,其外设方式也比较容易实现,没有什么特殊的需求㊂均可根据自身的需求,用硬件编程方法完成功能的设计㊂FPGA 可实现4种不同的组态:从串㊁主串㊁边界扫描㊁选择性映射㊂从串方式中的FPGA,需要可以接受外部PROM 及其他器件串行的配置数据,在外部时钟的作用下,实现图2DSP 和FPGA 图像处理板硬件组成操作,可以将大量的FPGA 构造为菊花链,可以从某种数据源中得到数据㊂在主要顺序模式下,对FPGA 的需求是:串行PROM 以及对时钟进行配置,从而可以高效地读取配置数据[6]㊂在本设计中,采用主串与JTAG 两种组态方式来完成,其中JTAG 方式是通过对源码进行联机调试来完成的,在计算机关机之后所有系统的配置内容会被遗失㊂主串方式的电路结构如图4所示㊂图4㊀主串模式的配置电路4 系统模块实现㊀㊀在进行系统的设计时,遵循模块化的原则,系统的功能模块由输入模块㊁图像处理模块(FPGA 芯片和DSP 芯片)㊁存储模块㊁输出模块组成㊂本系统的工作过程如下:影像处理系统的输入部分包括CCD 摄像机和视频解码器TVP5150PBS㊂TVP5150PBS 在收到CCD 的模拟视频信号后,将其转换为YUV4﹕2﹕2的数字视频格式,并将其设定为720ˑ576㊂在ADSP -BF561单片机上采用特殊的视频接口PPI0来存储这些数字图像㊂当采集一个画面后,DSP 的DMA 信号发生故障,此时由FPGA 对采集到的画面进行预处理㊂随后DSP 利用相关的图像处理算法,对经过预处理的图像数据进行了处理,经过DMA 控制器,经过PPI1接口,将该图像数据传送到了视频编码器SAA7121,将该图像数据转化为标准的模拟PAL 视频信号,并显示在显示器上㊂FLASH 的作用是保存系统中的执行程式,并为系统启动提供指引㊂在确定了系统基本组成后,要根据满足实时图像处理算法的要求,实现系统部分的相互组合,有效地实现系统,并对系统模块进行全面分析㊂为更好地拓展该软件的应用领域,本文给出了该软件各功能模块的实现方案㊂4.1㊀图像获取模块㊀㊀本模块以两类影像输入信道为主,可依实际需要来确定影像输入路径,使其可进行有效扩充㊂该系统用于双目图像系统,由于双目图像要求两个成像器可以彼此同步,因此在一个视频信道中,将合成同步信号分开,然后访问第二个成像器的同一部分的输入端口,可以有效地达到两台成像设备的互相同步[7]㊂因为成像设备是可以进行模拟的,所以这些图像在被分割出来后,需要进行A /D 变换才能与FPGA 相结合㊂A /D 取样的程序由FPGA 来进行,两个视频信道的分开使得FPGA 可以融合到一个FPGA 中,该FPGA 可以利用奇偶帧和同步信号来完成对一个数据的采集,同时也可以防止系统中的线路对数据的采集造成影响㊂当信号输入时,添加一块隔离芯片来隔离讯号㊂本系统采集模组的构成如图5所示㊂4.2㊀FPGA 模块㊀㊀FPGA 是该系统中最重要的一个模块,其可以实现图像采集,预处理,并产生控制逻辑和时钟㊂文中采用CFD652芯片来实现以上功能㊂该晶片可执行各种装入模组,在影像讯号的输入处,因为PAL 系统的影像是以交错的方式进行,所以必须在其中加入两个端口的记忆体;当一个偶数的画面进入时,这两个字段就会合成一个完全的画面㊂作为一个系统的协处理器,FPGA 要实现对这些数据的预处理㊂DSP 和FPGA 可以通过多种途径进行数据交互,而本论文所设计的图像处理系统需要进行海量的数据的交互,以及对视频像素的速率有较高的需求,因此可以采用双口RAM 来完成二者的交互㊂该系统以控制器为核心,通过FPGA 和PC 计算机之间的通信,将PC 的控制命令通过串行传输给DSP㊂采用FPGA 的程序来完成对串口通信的控制,同时也可以使用专用的芯片来完成,这样可以节省大量的资源㊂图5㊀系统获取模块的构成图6㊀计算机图像处理系统的软件设计流程4.3㊀DSP 模块设计㊀㊀TM5411是一款利用TM5411对图像信号进行数字处理的新型高性能DSP 芯片,其具有以下几个方面的功能㊂(1)利用EMIFA 端口,完成用于储存要被加工的数字图像信号,并对图像数据进行访问和处理㊂扩展程序存储器的最大作用就是要实现对数字图像信号处理程序的存储,在DSP 复位后,就可以完成DSP 初始化及FPGA 的配置并运行[8]㊂(2)通过与FPGA 建立实时通信,以达到高效地完成各软件模块间的互相调度与协作㊂(3)根据产生的控制逻辑,对FPGA 进行重置,其中,根据对应的信号,对DSP 进行重置;以执行复位和运算等运算,使用高速FPGA 实现二维傅立叶转换,然后对转换的数据进行对应的运算㊂当操作完成后,将生成一个终止标记,DSP 通过对终止标记的探测,完成对FPGA 数据的读出,并通过现场总线将数据传送到PC 机上㊂5 系统软件设计㊀㊀本计算机系统的图像处理系统软件设计流程如图6所示㊂在该系统应用前,需要对其进行初始化操作㊂首先,设定一个中断矢量表,并采用锁相环二十次频率㊂由于采用了外置晶体振荡器的时钟,核心可以在多赫兹的时钟频率下运行,并可根据EBIU 的结构,开启一个外接总线的接口㊂在完成了EBIU 的组态后,完成DSP 外围电路的设定,并对外围电路进行初始化㊂在完成对影像的预处理以后,要想有效地改善影像的处理,必须采用有目的的方法进行处理㊂该算法具有空间平行性,在对图像进行区块化处理后,采用一种星型结构联系各处理单元,将待处理的图像数据传输到各处理单元DSP芯片上㊂DSP的干燥过程包括以下步骤㊂(1)对图像进行边界扩大,然后读取内存㊂(2)对全局的变量及参数进行计算,从而能够进一步降低计算量,避免重复使用的变量重新执行计算㊂(3)提取各像素对应的中间像素,将各像素对应的权重与该中间像素进行乘法,利用该乘法初始化估计量窗口㊂(4)确定各中间区块所对应的观察窗口区域㊂(5)求取观察窗口的权重,完成估算窗口的累积㊂(6)判定观察窗口的定位有无超出观察窗口的定位范围㊂(7)确定两个像素的位置㊂(8)由于像素点估算窗口交叠,因此要对对应的点进行除法,然后取整,从而限制了灰度的范围,由此得出该像素点的灰阶估算㊂(9)完成运算后,将信号处理的结果传送到PC 机上㊂6㊀系统测试㊀㊀对图像进行处理的方法有两大类:一类是对图像进行后处理算法,另一类是对图像进行预处理㊂而预处理算法的目的就是可以对图像特征进行更多地增强,排除一些干扰信息,还可以提取一些有用的信息㊂这由FPGA完成㊂在完成预处理之后,大多数都是二值图像,这样就可以减少图像的冗余,从而减少后期算法,增加算法的可行性㊂通过对该模型进行模拟实验,验证该模型的正确性㊂7㊀结语㊀㊀综上所述,本文基于DSP+FPGA的非线性结构对计算机的图像处理系统进行设计㊂设计的系统具有性价比高㊁体积小㊁速度快㊁功耗低㊁可扩展性强㊁易于维护㊁适应性强等特点㊂该系统的应用前景较为广阔,由于系统的设计时间有效,系统的某些功能还不够完善,在以后的实际应用中将不断改善系统的性能㊂参考文献[1]高菲,贾涛.基于DSP+FPGA线性结构的计算机图像处理系统设计研究[J].电子设计工程,2018 (17):189-193.[2]谢林峰,何敏,李文鑫.面向DSP+FPGA通用处理架构检测的硬件系统设计[J].电子制作,2021(21): 11-13,26.[3]赵飞.一种基于DSP+FPGA架构的软件在线升级实现[J].现代导航,2021(6):462-465.[4]吕金锐.一种姿态测量系统的FPGA和DSP设计与实现[J].计算机时代,2021(2):29-32,37. [5]连玉杰.基于FPGA+DSP的信息融合系统的设计[J].交通科技与管理,2021(2):1-2.[6]景德胜,陈川,缑丽敏.基于国产多核DSP+FPGA 架构弹载计算机硬件平台设计[J].航空计算技术, 2021(6):51.[7]王成峰,王鑫,邵志飞,等.相控阵雷达信号处理器的FPGA设计与实现[J].无线互联科技,2022 (15):66-68.[8]谭学林.基于DSP+FPGA的图像识别分类器在垃圾分类中的应用[J].交通科技与管理,2021(18): 1-2.(编辑㊀王永超)Design of computer image processing system based on linear structure of DSP+FPGAWang Yuexin Liu MingjunXinzhou Normal University Xinzhou034000 ChinaAbstract A high-performance real-time image processing system using DSP as the main processor and FPGA technology as auxiliary tools utilizing the advantages of each chip divides the algorithm into two parts and hands them over to DSP and FPGA for processing.Therefore the performance of this method has been greatly improved.Based on the above background the computer image processing system designed in this article is based on the linear structure of DSP and FPGA.Its structure is relatively simple and it is easy to run.By adding relevant programs it can efficiently achieve image recognition tracking and matching processing.The experiment shows that this method has strong real -time and practicality and can well meet the requirements of practical applications.Key words linear structure of DSP+FPGA computer image processing system。

基于DSP+FPGA的双通道实时图像处理系统设计

基于DSP+FPGA的双通道实时图像处理系统设计

总第169期2008年第7期 舰船电子工程S hi p E lectronic Engineering V ol .28N o .7 75 基于DS P +FPGA 的双通道实时图像处理系统设计3干 戈(华中光电技术研究所 武汉 430074)摘 要 采用基于D S P +FPGA 的线性流水阵列结构实现视频图像的实时处理,其中D SP 作为系统对视频图像数据进行处理的核心,现场可编程门阵列FPGA 完成对采集的视频图像数据的预处理和交互实现了双通道视频图像的处理和目标提取的视频数字图像处理,介绍该视频图像处理系统的硬件组成、工作原理和视频跟踪算法的应用。

关键词 双通道;数字图像处理;TM S320DM 642;FPGA 中图分类号 T P391.41D esign and I mp lem entation of 2-Channel D ig ital I m age ProcessingSyste m Based on DSP +FPGA A r ch itectureG an G e(H uazhong Instit ute of E lec tro -O p tics,W uhan 430074)A b s tra c t The rea l -ti m e digital i m age p rocessing system a re p resented based on D SP +FPGA architecture .The real -ti m e digita l i m age process DS P (digita l signal processor )syste m is discussed ,w hich is high -speed i nte lligent and p rogramm a 2ble .I m age preprocessing and da t a transfe r a re achi eved by f i e ld p rogramm able ga t e a rray FPGA.It proved to be a re liable and ef 2fective for the request of system basicall y .Ke y w o rd s 2-channel ,d i gital i m age p rocess ,T M S320DM 642,FPGA C l a s s N um be r TP391.411 引言实时图像处理技术在过去的十年时间里得到了突飞猛进的发展,为目标跟踪、自动导航、安全监控、公共交通管理等应用领域提供了有效可靠的技术保证和高性价比的解决方案[1]。

基于FPGA和多核DSP的高速图像传输与处理系统的设计

基于FPGA和多核DSP的高速图像传输与处理系统的设计

基于FPGA和多核DSP的高速图像传输与处理系统的设计叶远国【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2014(000)009【摘要】With the advent of the information age,our lives more convenient.However,the information society, but also brought us the technical challenges.Data in different areas need to be addressed more and more, how to achieve data collection,transmission and processing effectiveness and accuracy,it is increasingly important for us,in addition,also ensure that the system processes the data process real-time.So I believe that in order to face this challenge,the relevant question should be studied in order to find a solution. In this article,the author describes is based on multi-core DSP and FPGA design content primarily in high-speed image transmission and processing system.%随着信息时代的到来,我们的生活越来越便利。

但是信息社会,也为我们带来了技术的挑战。

在不同的领域需要处理的数据越来越多,怎样达到数据采集、传输以及处理过程中的有效性以及准确性,对我们来说越来越重要,此外,还要保证系统在处理数据过程中的实时性。

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第39卷,增刊 V01.39Supplement红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2010年05月 Mav.2010基于FPGA和双DSP的高速视频图像处理系统设计苑爱博,鲁新平,李吉成,张志龙,杨卫平(国防科学技术大学电子科学与工程学院ATR重点实验室,湖南长沙410073摘要:介绍了基于XC5VSX95T和两片TMS320C6455的高速实时视频图像处理系统的设计原理.其中Ff,GA模块主要完成图像实时采集和传输的逻辑控制及图像预处理任务,双DSP模块承担特征提取、目标识别、跟踪等任务。

工程应用表明,该系统实时性和稳定性均达到了设计要求,能够实现快速傅里叶变换、边缘检测、识别,跟踪等图像处理算法。

关键词:图像处JE;DSP; FPGA中圈分类号l TP391. 文献标识码:A 文章编号:1007.2276(2010增(信息处理一0647.04Design of high speed video image processor based onFPGA and dual DSPsYUAN Ai—bo,LU Xin—ping,LI Ji—cheng,ZHANG Zhi-long,YANG Wei-ping(KeyLaboratoryforATR.CollegeofElectronic Science andEngineering.NationalUmve 体ityofDefenseTechnology,ChangSha410073,ChinaAbstract:This paper designed a high speed real・time system of video image processing based on two chips of TMS320C6455and Xilinx FPGA of XC5VSX95T.The system uses DSPs to process the image data and accomplishes logic control of data catching and transmission with FPGA.which combines merit such US rapidity,agility and currency.Application of engineering shows that hardware architecture is effective and feasible;the performance meets the requirement of real・time processing.The system can realize the algorithm of image processing such as Fast Fourier Transform(FFT,edge detection, recognizing,tracking and SO on.Key words:Image processing;DSP;FPGA0引言图像处理技术已经被广泛应用于视频图像处理的各个领域,可独立运行的高速实时数字图像处理平台己成为图像处理领域的一个发展趋势。

然而由于图像处理和自动目标识别的算法复杂,运算量巨大,图像处理系统通常包括分割、检测、标记、识别、跟踪等复杂的过程12l,处理实时性要求高,同时系统的体积也有严格的限制,因此在设计系统时必须综合考虑这些特点,合理选用芯片并保留一定的余度。

本文从硬件设计的角度出发研究高速实时图像处理系统。

以双DSP+FPGA的结构组成满足实时性要求的图像处理系统,充分发挥FPGA加通用DSP结构的灵活性及实时处理能力∞1。

1核心芯片的功能和特点主CPU采用TI公司的TMS320C6455定点DSP 芯片。

该芯片采用90am工艺,先进的VelociTlTM VLIW架构,拥有8个独立的功能单元,其中有2个收■日期・2010-04-08作■■介・苑爱博(1985..男.黑龙江卉齐哈尔人,硕士.主要从事图像佰息处理方面的研究。

竺彗兰皇兰耋三垒耋兰兰量兰量量:!童 t6位乘法器和0个算术逻辑单元,其最大峰值速度96410MIPS,最高主颇高达I 2GHz。

它有16Mbit片内集成大容最SRAM.拥有“位高性能外部存储器接口,可与多种同步或异步存储器直接相连,可接八大容量的SDRAM存储器.EMlFA的四个CE空间能接入高逃l G宁节;TMS320C6455拥有2个多通道缓冲串口(MeBSP.最高速率达75MbiUs.64个EDMA通道以及HPI、GPIO等可灵活使用的资源bl。

因此可吼很好地满足图像处理算法的复杂性、实时性承『灵活性要求。

系统使用的是Xilinx公司的Virtex5系列XCSVSX95T,Viaex5系列是H前最新、功能最强大的Flea,Viaex-5系列采用第.代ASMBLTM(高级硅片nl台模块列式架构,除了最先进的高性能逻辑架柑,Viaex.5FFGA还包含多种硬lP系统级模块.包括强大的36Kb Block RAM/FIFO,第二代25x18DSPSlice、带订内置数拧m抗的SelectIOrH技术、ChipSyncTM源同步接口模块、系统监视器功能、带有集成DCM(数字时钟管理器和锁相环(PLL时钟发生器的增强型时钟符理模块以厘高级配置进项19]o Virtex.5SXT为县有高级串行连接功能的高性能信号处理应用的子系列。

XC5VSX95T具有14720个Viaex-5Slice 1每个Viaex.5Slice包含四个LuT和四个触发器.640个dr州I/O管脚,可满足系统逻辑连接要求。

2系统结构和工作原理基于双DSP+FPGA框架的宴时图像处理系统结构如图1所示.该系统由预处理与控制模块、高速处理器模块,视频输出模块、通信模块、电潭模块等部分组成。

各功能模块特点及技术途径如下:囊熹-:一.叠…。

、xc;=;‰t.,㈧.”.。

%i..:… …。

二‰,、目 Fig.1 实时税额雷管赶Ⅱ系统结构框图2.1FPGA噩处理噩控—曩块FPGA芯片是整个目标信息处理机预处理和控制的核心,所有的数据都经过FPGA控制.并且FFGA 还直接承担着图像处理底层的大量的卷积和乘加运算。

所虬该芯片的设计直接决定若整个系统的运算速度。

在FPGA内部构建基于FIFO方式的EMIF接口模式.片使能信号CE和异步输出使能信号AOE用十产,上FIFO的读、写使能信号。

同时,Xilinx Virtex系列FFGA内部塑成BlockRAM.可以配置成两个端12完全独立的真正的双口RAM。

双端口Block RAM的一侧被用来实现与上位机的通信,另一侧用于实现与 FPGA内部逻辑电路与通信”J。

在接个图像处理的过程札前端的红外圈像预处理主要任务是对图像进行滤波提高图像信噪比或进行边界提取和阈值分割。

本设计采用基于Nevafia-Babu算子的方法进行边缘检测”■该方法使用6个5x5的滤渡模块(如图2所小在旷,30。

,60。

.坩,120。

. 150等方向对图像边缘进{r检测。

….一_R_』.。

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1上=:=上i上i上if圈2方彤窗定义肛磋件实现渣程圈R92ql鲥叫c“耐呻^耐Hw0~flowd叫为了使5行5刊共”个像素能够在一个时刻同时输出.便于之后的核心算法模块进行流水线处理, 在5x5方形宙的硬件设计中,文采用了四个FIFO存储器。

其中FIFO地址宽度为WOe为图像宽度,这增刊苑爱博等:基于FPGA和双DSP的高速视频图像处理系统设计 649样每个FIFO正好可以存储一行共W个图像数据,使得5x5方形窗生成模块的输出W11.W55正好构成5x5模板所对应的5行5列共25个图像数据值。

经过寄存器R和FIFO的作用后,在每一个时钟周期时,.1∞ .1∞ O.1∞ .I∞0.1∞ .I∞0.1∞ .1∞0.1∞ .100000l∞ I∞ l∞ 100 00 .1∞ .I∞ .1∞ .1∞l∞ l∞l∞ l∞O O.1∞ .1∞.1∞ .1∞90..1∞ 匏.1∞ .讨.1∞ .I∞.1∞ .I∞.1∞ .I∞5x5窗函数生成模块同时输出WI 1.W55共25个待处理图像的像素数据,构成了5x5方形窗,输出数据与模板进行卷积运算,计算梯度并找}l{最大值,并与预置的阈值进行比较,判断是否为边界像素。

l∞ l∞l∞ l∞l∞ l∞讨l∞.芤l∞.蛇.100l,o.图3Nevatia.Babu算子梯度计算模板Fig.3Templates for detection of image gradients with Nevada-Babu2.2双DSP高速处理器模块高速处理器模块主要是进行图像的高层算法,其任务是对经过预处理的数字图像进行目标检测、识别和跟踪等算法。

DSPI主要承担目标特征提取及目标识别任务,DSP2完成图像跟踪功能。

系统采用两片TI公司的TMS320C6455为核心处理器,最大峰值速率为 19200MIPS,DSPI的64bit EMIFA连接FPGA与两片 FLASH存储器。

用于加载DSP的启动信息、FPGA的初始化配置和预加载基准图。

DSP通过EMIF接口总线连接到FPGA,EMIFA口的数据线、地址线、片选信号等与FPGA 的I/O连接。

将FPGA内部存储器映射到 DSP地址空间。

实现高速数据交换13J。

两片C6455之间通过全双工串行多通道缓冲串口McBSP进行控制信号的传送,通过两片C6455的EMIFA口连接至FPGA的 EMIF总线接口,可达到800MB/s的数据传输速率。

2.3视频输出模块该模块的功能是将DSP处理后的图像数据进行数模转换,并与字符信号合成后形成VGA格式的视频信号。

这里选用的数模转换芯片为ADV7123JSTl40。

这是ADI公司生产的一款三通道(每通道10位视频数模转换器,其最大数据吐率330MSPS,输}}{信号兼容 RS.343觚S.170。

由FPGA接收待显示的图像数据, 放入存储容量为128K*18的双端口显示帧缓存 (IDT70V631S中,RGA中的显示图像逻辑电路以基准频率产生复合同步、复合消隐信号。

由FPGA产生的数字视频信号分别进入到ADV7123的三个数据通道,经数模转换后输flj模拟视频信号并与原来的同步信号、消隐信号叠加后便可以在显示器上显示处理后的结果。

2.4串行通信模块模块要求实现2个422串口:传输速率为115.2Kbps、230.4Kbps。

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