基于dsp+fpga技术的视频图像采集系统的设计new

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1、基于DSP+FPGA技术的视频图像采集系统的设计涂军1汪俊2高俊31湖北工业大学计算机学院武汉4300682武汉市成人教育培训中心武汉4300723武汉理工大学信息工程学院武汉430023摘要：为实现对视频数据快速准确的采集，提出了一种以DSP+FPGA为基础的数字信号处理方法。由DSP构成的数字信号处理系统以数字信号处理为基础，FPGA作为主要的控制单元，具有与其他以现代数字技术为基础的设备接口方便、数字部件易于高度集成、系统精度高的优点，使其得到广泛的应用。文章在介绍了系统组成及基本原理的基础上，详细讨论了采集部分的结构扣b'PGA的控制逻辑、DS

2、P中断取数功能的实现。这种设计具有功能集成、实现简单、修改方便等优点，能得到满意的图像结果．关键词：图像数字信号处理数据采集FPGADSP1引言随着科学技术的高速发展，图像数字化处理在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越广泛。数字信号处理器是利用专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。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分析

3、及处理算法(如图像压缩等)。通常这些算法的运算量大，同时又要满足实时显示的要求，因此采用高速DSP芯片作为数据核心处理单元。另外，要求系统满足通用性的同时，针对不同的应用和不断出现的新处理方法，还要使系统便于功能的改进和扩展。为此，我们以PC机为主机，以rI'I公司的DSP作为数字信号处理板的核心，用FPGA作为系统数据采集的控制部分，设计出视频图像高速采集系统。图1是基于DSP的视频数据采样系统原理图。本文将详细阐述采样部分的实现方法。3系统组成数据采集系统的原始输人信号不稳定，随环境条件变化而产生波动。为了使转换后所得·836·的数字信号具有重复性

4、需要进行信号调理。信号调理模块由跟随器、衰减器和滤波器几部分电路构成。跟随器和衰减器使输入模拟信号处于剐D转换器的线性工作区，滤波器减小噪声信号干扰，从而保证了A／D转换精度。衰减器和滤波器都为多级网络，由数字开关控制，可根据不同环境条件改变衰减和滤波范围，保证数据的有效性。3．2～D转换电路的设计图I视频数据采样系统原理图Ill数据息谶在通常的数据采集系统中，测量过程是通过对A／D变换器的控制来实现的。但对于一个高速采集系统而言，这种方法有局限性。因为高速A／D建立稳定的工作状态需要相当长时间，频繁的改变A／D的工作状态会影响采样时的精度，严重时会造

5、成信号的失真。在设计方案中，同步命令并不直接作用于高速A／D。自通电时起，A／D和时钟电路始终处于工作状态，对数据不停地进行转换。系统采用AD9244芯片进行模数转换。AD9244是AD公司推出的一款14位高精度高速模数转换器，提供有片内参考电压，并集成了高性能的抽样和保持放大器。正常工作情况下，其最高抽样速率可以达到65MSPS。AD9244内部使用多极差分电路结构，并带有自动纠错的逻辑电路，可以在65MSPS的输入数据速率下保证14bit的精度，并且还具有750MSPS的模拟输入信号带宽。3．3DSP核心处理模块DSP是整个图像处理系统的核心，对采

6、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。3．4FPGA逻辑控制模块DSP虽然在算法处理上功能很强大，但其控制功能是非常弱的，故采用FPGA用于A／D采样控制、信号预处理以及整个系统的逻辑控制，并且在高速数据采集方面，FPGA有单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA时钟频率高，内部时延小；全部控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高；组成形式灵活，可以集

7、成外围控制、译码和接口电路。通过这种方式，实现了控制与运算的分离，充分利用了DSP与FPGA的优点，提高了系统的处理功能，充分的满足了系统实时性的要求。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·837·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。4系统主要模块的工作原理及其实现4。1FPGA与DSP数据交换部分数据交换部分用一个4K双口RAM作为图像数

8、据存储区，图像采集部分由DSP负责启动控制及采集数据的读取。为实现图像的实时采集与处理，应当使