基于FPGA和双DSP的高速视频图像处理系统设计(精)

第39卷,增刊 V01.39Supplement

红外与激光工程

Infrared and Laser Engineering

2010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(信息处理一0647.04

Design of high speed video image processor based on

FPGA and dual DSPs

YUAN Ai—bo,LU Xin—ping,LI Ji—cheng,ZHANG Zhi-long,YANG Wei-ping

(KeyLaboratoryforATR.CollegeofElectronic Science andEngineering.NationalUmve 体ityofDefenseTechnology,ChangSha410073,China

Abstract: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;FPGA

0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25x

18DSPSlice、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.”

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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