DSP芯片在实时图像处理系统中的应用(精)

爵霆鱼稔疆

ＰｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅＦｏｒｕｍ

ＤＳＰ芯片在实时图像处理系统中的应用

柯丽－，：黄廉卿－

（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；

２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）

【摘要】在通用计算机上用软件实现图像处理，要占用ＣＰＵ几乎全部的处理能力，且速度相对较慢。数字信

号处理器ｆＤＳＰ）的可编程性和强大的处理能力使其可用于快速实现各种数字信号处理算法，在图像处理领域。尤其在实时图像处理系统中得到了广泛应用和发展。本文介绍了ＤＳＰ芯片及其在实时图像处理系统中的开发、应用及发展方向。

关键词：ＤＳＰ芯片：图像处理系统；实时处理中图分类号：ＴＰ３９１．４１

ＤＳＰｃｈｉｐａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ＫＥＬｉｌ・２

ＨＵＡＮＧＬｉａｎ－ｑｉｎ９１

（１．Ｃｈａｎｇｅｈｕｎ

ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ

ＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；

２．ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆ

Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｌｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆＣＰＵｗｉｌｌｂｅｔａｋｅｎｕｐｉｆｉｍａｇｅｉｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｓｕｔｉｎｇｓｌｏｗｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｐｅｅｄ．Ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌ

ｏｎ

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ｐｒｏｃｅｓｓ（ＤＳＰ）ｃａｎ

ｂｅｕｓｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｌｌｋｉｎｄｓｏｆａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｄｉｇｉｔａｌ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＳＰｃｈｉｐ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

１

引言

压缩。图像处理技术尤其是实时处理，现已成为一热门的研究课题。

实现图像处理的主要方式有：

ｆ１）在通用计算机上用软件实现图像处理；ｆ２）在通用计算机系统中加入专用的加速处理模块；

随着计算机及通信技术的发展，图像和视频的应用愈加Ｊ１泛。大部分图像数据在实际应用前皆需进行有针对性的处理．如根据图像数据特点和应用领域对图像进行增强、除噪、锐化和识别等。此外．为了有效实时地传输信息，还必须对图像进行

』！Ｊ鲨ａｎ塑ｕ碘ａｒＨｙｌｌｌｌ２仉００ｃ０５９１。＿ｌ！三

万方数据

ｌ——————————

ｆ３）利用通用单片机：ｆ４）利用专用ＤＳＰ芯片；ｆ５）利用通用可编程ＤＳＰ芯片。

在众多图像处理方式巾，最常用的是第１种，但此种方式要占用ＣＰＵ几乎全部的处理能力，速度相对较慢，不适于实时处理，需要对其加以改进；而其他几种方式各有不足，如第２种方式不适于嵌入式应用，专业性较强，应用受到限制；第３种方式适于数字控制等不太复杂的数字信号处理，不适合计算较大的图像数据处理；第４种方式洲为采用的是专用ＤＳＰ芯片，故其廊用范围受限，系统不够灵活，无法进行算法的升级与更新；第５种方式必须要用能充分考虑ＤＳＰ内部并行性的＿７ｒ：编语０…进行编制ＤＳＰ程序，具有一定困难。但是，ＴＩ公司为了解决这个问题．推出了一个开放、具有强大集成能力的开发环境（ＣＣＳ）罔。它采用了由先进的开发＿：＿［具组成的直观系统，使用ＣＣＳ提供的工具．开发者

可以非常方便地对ＤＳＰ软件进行设计、编码、编译、调试、跟踪和实时性分析，可有效减少ＤＳＰ编程时问。

综上所述，利用通用可编程ＤＳＰ芯片［［－２１实现图像处理较之其他方式具有一定的优越性，而且ＤＳＰ芯片的可编程性和强大的处理能力．使其可用

ＤＳＰ芯片采用不同于普通单片机的体系结构，具有－－－・些显著特点。

２．１

哈佛结构”Ｉ

传统计算机采用传统的冯・诺伊曼（Ｖｏｎ

Ｎｅｕｍａｎｎｌ结构，其程序和数据共用一个存储空间和单一的地址及数据总线，处理器要执行任何指令时，都要先从储存器巾取出指令解码，再取操作数执行运算，即使单条指令也要耗费几个甚至几十个周期．在高速运算时。在传输通道上会出现瓶颈敛应。

所有的ＤＳＰ芯片均采用哈佛（Ｈａｒｖａｒｄ）结构。哈佛结构是～种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空问中．即程序存储器和数据存储器是两个相瓦独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。与两个存储器相对应的是系统中的４套总线：程序的数据总线与地址总线，数据的数据总线与地址总线。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字ｆ来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），从而提高了执行速度，使数据的吞吐率提高了１倍。又由ｆ程序和数据存储器在两个分开的空间巾，闪此取指和执行能完全重叠。图１给出了冯・诺伊曼结构和哈佛结构的比较。

地址总线

于陕速地实现各种数字信号处理算法，成为目前图

像处理系统的最佳选择。

２

ＤＳＰ芯片

数据总线

（ａ）冯－诺伊曼结构ｆ单存储器）

线

、‟

数字信号处理器ｆＤＳＰ）ｆ１。２１是一类具有专门为数字信号处理任务而优化设计的体系结构和指令系统的通用处理器件．具有处理速度快和有复合功能的单周期指令等特点，在高速图像处理中得到了越来越多的应用。

ＤＳＰ芯片内部采用程序和数据分开存储和传输的哈佛结构．具有专门硬件乘法器，广泛采用流水线操作．提供特殊的ＤＳＰ指令．可用来快速地实现各种数字信号处理算法，加之集成电路的优化设计，使其处理速度比最快的ＣＰＵ还快ｌＯ一５０倍。

ＤＭ地址总线

线ＤＭ数据总线

（ｂ）哈佛结构（双存储器）

图１冯・诺伊曼结构与哈佛结构的比较

２＿２流水线技术［１】

与哈佛结构相似，ＤＳＰ芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间．从而增强Ｊ‟处理器的处理能

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