基于多核DSP图像处理的研究与实现

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1、基于多核DSP图像处理的研究与实现作者姓名龚小满指导教师姓名、职称王军宁教授申请学位类别工学硕士万方数据万方数据学校代码10701学号1401120211分类号TP391.4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于多核DSP图像处理的研究与实现作者姓名：龚小满一级学科：信息与通信工程二级学科：通信与信息系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：王军宁教授学院：通信工程学院提交日期：2017年6月万方数据万方数据ResearchandImplementationofDigitalImageProcessingBasedonMulticoreDSPAthesissubmitt

2、edtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByGongXiaomanSupervisor:WangJunningTitle:ProfessorJune2017万方数据万方数据西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不

3、包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的

4、论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：万方数据万方数据摘要摘要数字信号处理器(DSP)广泛应用于处理复杂和实时性要求高的算法。经过几十年快速发展，单核DSP运算性能得到极大提升，然而其性能的继续提升遇到了难以克服的瓶颈，基于单核架构的DSP处理器逐渐不能满足数据处理要求。因此，各半导体公司纷纷开始研发多核架构的DSP芯片，如TI公司发布了TMS320C66x系列多核DSP。该系列芯片拥有卓越的运算性能和丰富的接口资源，已经在消费类电子产品、高性能计算，医疗影像以及自动化等诸多领域得到广泛应用

5、。随着数字图像技术的进步，视频图像不断向多帧频、高分辨率方向发展。为了能够实时有效地对视频图像进行处理，本课题设计并实现了基于TMS320C6657多核DSP的图像处理平台。系统平台最高具有80GMACS或40GFLOPS运算能力并且扩展了多种外设接口，满足低速率与高速率等不同场合数据传输的需求。在该平台上运行一种改进的图像匹配算法，将匹配任务合理划分给每个DSP内核。经验证，实验结果满足要求。本论文具体工作内容有：首先，描述了TMS320C6657芯片内核架构与片上外设资源。介绍了多核DSP软件开发方法。研究了内核之间的通信机制，给出了三种不同的同步通信方法。探讨了主从

6、模型和数据流模型两种常用的多核处理模型，对并行程序的性能进行分析和评判，从负载均衡等角度实现并行程序的优化。然后，以TMS320C6657DSP和XC6VLX240TFPGA为核心芯片，设计了一套基于图像处理的硬件系统平台。FPGA实现PAL制式或DVI制式的视频图像采集，将采集到的图像数据传给DSP，接收DSP回传的结果并显示输出。本课题完成了系统方案论证、芯片选型、电源模块设计，时钟模块设计以及其他外围芯片的设计。经过PCB板卡制作、芯片焊接、硬件电路调试等步骤，实现系统平台正常工作。其中，DSP与FPGA之间保留两种数据传输机制，分别为uPP通信与SRIO通信，论文

7、详细介绍了两种通信机制的原理以及各自传输过程的实现。最后，在上述图像处理平台上实现了一种图像匹配算法。该算法以归一化互相关(NCC)匹配算法为基础，通过引进小波变换算法与差分进化算法，改变以往图像匹配中对图像所有像素点进行搜索的方式，减少算法匹配时间。在匹配准确率不变的同时，极大减少搜索时间，达到实验预期效果。在算法功能初步实现的基础上，对匹配算法进行任务划分，合理分配到TMS320C6657两个内核中运行，并且从编译器优化选项、软件流水，循环展开等角度对上述程序进行优化，进一步提升程序性能。关键词：多核DSP，TMS320C