嵌入式计算机智能图像信息处理系统设计与实现

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1、嵌入式计算机智能图像信息处理系统设计与实现>　　针对目前嵌入式智能图像处理系统中的图像数据的传输问题与多DSP、多FPGA间的并行问题，提出并设计了以DSP+FPGA为系统核心，通过TMS320C6455DSP外设接口进行扩展的嵌入式智能图像处理系统，能够实现图像的实时采集、解析及处理功能;同时开发了基于TMS320C6455DSP的千兆以太网数据传送接口和高速串行接口，实现了图像处理的网络化和并行化。最后对以太网的数据传输进行了测试，测试结果表明，开发的以太网数据传送接口达到了千兆以太网的要求。　　0引言　　近年来随着现场可编程门阵

2、列芯片与高性能数字处理器的快速发展，嵌入式计算机智能图像信息处理技术也获得了较大的进步，这就需要更高性能的图像处理系统[1]。但目前图像处理与数据传输的速度间一直存在不协调问题[2?3]，总是造成一方资源的浪费。针对此问题，设计了以DSP+FPGA为核心的图像处理系统，用DSP芯片处理控制结构复杂的高层算法，用FPGA芯片处理数据量大的低层算法;同时通过对TMS320C6455DSP的千兆以太网数据传送接口和高速串行接口的开发，大大提高了图像的处理速度和传输速度。　　1嵌入式智能图像处理系统总体设计　　图像识别和跟踪算法复杂且运算量大

3、，对系统的实时性和可靠性都有很高的要求，为此采用TI公司的高端DSP芯片TMS320C6455作为系统的处理核心;同时配合Altera公司的CycloneIII系列可编程逻辑芯片，其主要完成时序控制、图像的预处理和图像的叠加等辅助功能，从而大大提高了系统的可扩展性和灵活性。嵌入式智能图像处理系统的总体结构如图1所示。　　设计的嵌入式智能图像处理系统由视频信号转换模块，图像数据处理模块和数据通信模块组成，各模块的主要功能如下：　　视频信号转换模块：实现视频编码及视频解码功能，同时完成各种视频信号的收集和转换。　　图像数据处理模块：是整个

4、系统的核心模块，由DSP和FPGA组成，FPGA完成视频数据的实时采集、解析及处理，DSP运算资源则尽可能的用于算法处理。　　数据通信模块：完成图像数据的传送及多芯片间的通信，由开发的千兆以太网数据传送接口和高速串行接口组成。　　2视频信号转换硬件设计　　图像主要是从CCD拍摄到的模拟视频中提取，然后进行数字化处理，最后通过智能图像处理系统进行分析。此处通过专用的视频解码芯片SAA7113[4]、视频编码芯片SAA7121和高速数模转换芯片ADV7123实现视频信号的模数转换，同时专用的视频信号处理芯片也完成了抗混叠滤波、多制式解码和

5、时钟产生等功能，这样既减轻了处理器的压力，又减少了外围芯片的数量。　　其中控制模块通过FPGA中的EP3C40实现，具体完成三个功能：视频采集过程与检测的时序控制;由于视频解码芯片SAA7113可支持I2C总线接口，所以采用I2C总线能够选择视频信号的输入格式、输出格式和视频信号通道等，还能对带通滤波频率范围、对比度和亮度进行设定;由于经视频解码芯片SAA7113处理后的信号会送到DSP处理，中间过程图像的缓存也是采用EP3C40控制。　　系统采用的视频解码芯片SAA7113可支持4路标准模拟视频的输入，输出8位“VPO”总线，分别为

6、YUV4[∶]2[∶]2和ITU656格式，且能够在NTSC和PAL格式间自动切换。　　系统的视频输出由多级放大后的模拟视频信号送至字符叠加单元后显示输出和经过前端模拟电路、FPGA与DSP处理、然后进行D/A转换的模拟视频输入信号显示两部分组成。具体的视频显示由1路VGA和2路CVB复合视频组成，VGA视频输出采用ADV7123高速数模转换芯片，能够在液晶屏显示;2路CVB复合视频采用SAA7121视频编码芯片，一路输出字符、图形混合的视频图像，另一路输出未经处理的原始采集的视频图像。　　FPGA芯片负责系统叠加显示的软件部分，图像

7、字符叠加模块能够实现在视频输出信号上叠加波门、标志线、跟踪时间、跟踪状态、跟踪模式等字符信息，以便能够在显示器上查看到上述信息，使操作人员方便地对系统运行情况进行监视。　　3图像数据处理软件设计　　图像数据处理模块是系统的核心模块，由DSP芯片和FPGA芯片组成[5]，其中DSP芯片的运算资源尽可能分配给算法运行，视频数据的采集、解析与处理回放则由FPGA芯片完成。　　FPGA芯片通过解码器的同步信号，把各帧数据中的Y，U，V信息提取出来，实现分帧解析。然后根据DSP芯片中的算法要求，有选择地或以帧为单位通过DSPEMIFA接口将图片

8、传送至DSP芯片处理。DSP芯片以帧为单位将回放数据传送至FPGA，FPGA芯片根据视频编码芯片的接口时序，按要求给编码器传送回放数据。　　DSP和FPGA使用外接的大容量SDRAM提供回放数据与捕获数据的缓存。DSP芯