基于DSP的實時圖像處理系統的開發

朱友秀

摘 要： 網絡流行語“有圖有真相”是現今較為流行的一段話，通過這段話可以清晰地表明圖像與視頻在人們現今的生活中有著多么重要的地位。圖像與視頻在現今的生活中的應用越來越廣泛，同時對于圖像與視頻的處理質量也提出了更高的要求。做好圖像與視頻處理技術的研究與應用對于我國電子產業的發展有著極為重要的意義。本文在分析圖像與視頻技術特點的基礎上對如何采用DSP芯片來搭建圖像與視頻實時處理系統以確保圖像與視頻的處理質量。

關鍵詞：圖像與視頻；DSP 實時處理；處理系統

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

現代科技發展迅速，大量新技術的發展和應用極大地提高了人們的生活質量。圖像與視頻是現代社會中接觸最多也是應用最為廣泛的，做好圖像與視頻處理技術的研究通過對圖像與視頻進行識別、除噪、增強及銳化等的處理以便獲得更好的圖像與視頻處理質量和效率。在對圖像與視頻進行處理的過程中DSP技術作為一種極為有效的圖像與視頻處理技術，積極將DSP應用于圖像與視頻的處理中將能夠使得圖像與視頻發揮出更好的處理速度與處理效果。

1.DSP芯片的結構特點及現今實時圖像處理系統的硬件結構模式

DSP數字信號處理其縮寫，DSP芯片是在分析數字信號處理特點的基礎上對處理器所采取的結構優化設計，相較于普通的單片機DSP，由于硬件結構更為優化，因此在功能性、數字信號處理速度等方面具有更大的優勢，因此在數字與圖像處理的硬件系統中DSP芯片得到了大量而廣泛的應用。DSP芯片在硬件構成上具有專用的硬件乘法器，并通過改進操作方式將流水線形式作為主要的操作形式，從而極大地提升了DSP在數字信號處理中的應用。實時圖像處理技術在現今的交通監控、目標跟蹤、輔助駕駛等領域中得到了較為廣泛的應用。實時圖像處理所需處理的數據量較多、處理速度要求較快，從而要求以DSP芯片為主的實時圖像處理硬件結構具有強大的運算能力，DSP所具有的高運算性和數據處理能力以及良好的可編程性能夠良好地滿足實時圖像處理技術對于硬件的要求，并能夠為實時圖像處理的硬件構成提供更為良好的靈活性。現今在實時圖像處理硬件系統的構成中多采用的是運用多處理器來構建實時圖像處理運算中心，構筑不同硬件結構模式的實時圖像處理系統。現今以DSP芯片所構建的實時圖像處理硬件系統主要分為主從式系統和并行式系統兩大類。在DSP芯片應用于實時圖像處理系統中時，對于一些實時圖像處理系統僅需采用單個DSP芯片并輔助以一定量的存儲器、A/D轉換器以及信號放大外設等即可實現，而對于一些復雜的實時圖像處理系統不僅僅要求圖形處理同時還要求系統具備一定的通信、控制等的功能因此必須在系統中使用多個處理器協同工作，用以發揮各自處理器的優點。現今在實時圖像處理硬件系統的構建上可以采用雙DSP芯片或是DSP芯片+MPU的結構形式。在現今的很多實時圖像處理硬件構成中采用的是DSP+MPU所構建的主從式系統，在這一系統中將MPU作為主機而DSP芯片作為從機，MPU作為主機可以對DSP所構建的從機進行復位、運行以及掛起等的控制，從機在主機的控制和協運作下用以完成其做負擔的工作。MPU主機將一部分的數據交由從機DSP進行處理并將處理完成后的結果傳輸至主機中。上述這種硬件系統在工業信號的采集處理方法有著較強的優勢。實時圖像處理系統中的并行硬件架構，在構建硬件系統并行架構時主要的處理方案采用的是多處理器系協同并行運行的工作模式，用以實現對于硬件系統輸入信號的高速處理。在硬件系統工作的過程中，各協同處理單元之間存在著一定的因果聯系，為做好數據的處理實現各處理單元之間的協作，需要在并行處理時采用流水線處理方式。本文介紹了 一種基于雙DSP芯片的實時圖像處理系統設計方案。

2.DSP芯片在實時圖像處理系統中的應用

2.1做好DSP芯片的選擇

在某型號實時圖像處理系統的設計過程中，硬件結構采用兩片DSP芯片相互協調工作的架構形式，在數據并行處理方式上選用的是流水線方式，從而使得兩片DSP芯片能夠獨立的完成各自的處理任務，在基于全局的時鐘的時序及控制模塊控制下實現了并行處理。在實時圖像處理系統的設計時需要合理的選擇DSP芯片，在實時圖像處理控制系統中所使用的DSP芯片需要進行大量的數據運算，且涉及圖像和視頻的計算處理過程較為復雜因此對于DSP芯片的處理能力要較高，在進行DSP芯片的選擇時需要對DSP芯片進行合理的選擇。此外，實時圖像處理系統在進行DSP芯片選擇時需要考慮眾多的影響因素，在進行實時圖像處理的過程中根據所選用的數據處理格式的不同而對信號的處理精度會產生不同的影響，采用不同的數據處理格式除了會對信號處理的精度造成影響外還會造成信噪比和動態范圍有所差異。此外，在實時圖像處理系統中不同的數據格式也會對實時圖像處理系統的開發難度和易用性產生較為嚴重的影響。當選用定點或是浮點的DSP芯片時，在進行數字信號處理前首先需要對A/D轉換時的比特數做好相應的分析，對于所需處理的實時圖像像素低于16bit的可以選用16bit的定點DSP芯片，以便對圖像或是視頻進行良好的處理。而如所需處理的圖像或是視頻的像素大于16bit時，在DSP芯片的選擇上可以選用浮點DSP芯片以滿足實時圖像處理系統對于數據的處理需求，通過選用浮點DSP芯片能夠對更寬范圍內的圖像或是視頻信號進行動態捕捉。在選用浮點或是定點DSP芯片時，在同等條件下定點DSP芯片在功耗、性價比以及穩定性方面有著較大的優勢且更容易實現。此外，在選用DSP芯片時還需要根據所實時圖像處理系統對于DSP芯片的運算速度、芯片的存儲結構以及外部總線等的要求選擇合理的DSP芯片型號，用以確保實時圖像處理的有效性。

2.2DSP芯片應用于實時圖像處理系統的開發

當將DSP芯片應用于實時圖像處理系統時，需要選用具有強大運算能力的DSP芯片用以處理視頻和數據圖像。實時圖像處理系統主要由圖像采集、圖像處理和數據通信等幾個主要的模塊組成。在實時圖像處理系統中的圖像采集模塊中需要具備對于實時圖像信號的采集和顯示功能的同時還能及時地對圖形和視頻信號進行分析和結果反饋。為實現上述功能需要高性能的DSP芯片用以滿足高速數據處理的需求。此外，在實時圖像處理系統中還需要注意選擇合理的圖像處理方式，以提高實時圖像系統對于信號的采集和處理能力。隨著科學技術的發展，對于實時圖像處理的要求也越來越高，實時圖像處理系統所需要處理的數據量呈幾何式增長，為滿足實時圖像處理系統對于數據處理的需求，在實時圖像處理系統的架構上可以采用FPGA架構模式，通過利用雙DSP芯片的硬件結構來實現對于實時圖像的處理。雙DSP芯片的實時圖像處理系統在數字信號的處理方式上采用并行流水線處理方式，通過嚴格的同步時序控制方式及數據共享通信方式來極大的提升數據的處理及壓縮速率。此外在實時圖像處理算法上通過選用針對性的算法對所需處理的實時圖像及視頻信號打包并發送至存儲或是輸出模塊。

結語

DSP芯片應用于實時圖像處理系統的開發中能夠使得實時圖像處理系統獲得良好的圖像或是視頻信號處理能力，本文在分析DSP芯片特點的基礎上對如何做好DSP芯片在實時圖像處理系統中的應用進行了分析介紹。

參考文獻

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