一种基于dsp和fpga的视频图像处理系统的设计方案

《一种基于dsp和fpga的视频图像处理系统的设计方案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据．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

2、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

3、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，P

4、C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。另一种模式是在系统脱机后，主要负责对视频编解码器件的配置和控制DSP程序加载等任务。硬件设计与实现USB控制器系统选用Cypress推出的带智能usB接口的单片机AN2131QC作USB控制器。该器件将USB接口的控制核心整合到单片机集成电路中。集成的USB收发模块与USB总www．eaw．com．cn电子设计应用2003．10一囟万方数据i：i蕊。J

5、警，?l蓝i愚?。。线的D+和D．引脚相连。功能强大的串行接口引擎(SIE)进行串行数据译码和错误更正，以及其它USB所要求的信号级操作等，最后再与USB收发模块接口进行数据传输。这个具有强大功能的USB内核可以自动完成USB协议的转换，大大地简化了8051的代码。EZUSB芯片在3．3V电压下就可以运行，同时也简化了USB设备总线电压的设计。视频编解码器系统选用TI公司的视频编解码器件TVP6000C和TVP5145。它们在系统中分别相当于D／A、A／D的功能。在系统中，它们由AN2131QC通

6、过I2C总线配置和初始化。TVP6000C是为高品质多媒体系统设计的视频编码器。它将Y、Cb、Cr视频数据转换成基带模拟信号输出。TVP5145是NTSC／PAL制式数字视频解码器。它将基带模拟NTSC或PAL制式视频转换成数字合成信号，同时也支持混合或S视频输入。该芯片采用TI专利技术，可以对微弱、不稳定、噪声大的信号进行锁定，产生同步数字视频信号。FPGA系统中采用Altera公司的ACEXlKl00，它是小型电路设计(十万门电路以下)应用的理想选择。在系统中FPGA主要的任务如下：系统复位及

7、CPU看门狗功能；图像数据采集及恢复的时序控制；奇偶场图像数据存取控制；DSP读写时序控制。DSPDSP在系统中占有重要地位，是完成图像实时处理算法的核心器件。DSP从FPGA获得图像数据，经过实时处理后将结果返回FPGA。系统选用TI公司的4核器件1Ms320VC5441，该器件具有指令周期短、数据吞吐率高、通信能力强、指令集功能完备以及功耗低等特点，同时还具有良好的开发支持环境，完全能够满足快速判读算法的要求。主要电路设计主要硬件电路如图2所示。USB接口电路USB控制器的引脚USB+和USB

8、一通过22Q的电阻与主机连接，引脚DISCON通过1．5kQ的电阻与USB+连接。当系统插入主机USB口时，主机自动检测USB设备，并加载驱动程序，这样就建立起了系统与主机之间的通信接口。12C接口电路USB控制器SCL和SDA引脚通过1．5k的上拉电阻同视频编解码器件TVP5145和TvP6000C连接，取2003．10电子设计应用www．eaw．com．cnI／O口PC．0引脚同视频编解码器件的12C控制线连接。USB控制器通过I2C总线配置TVP5l45和TVP6000C。U