基于DSP的數(shù)字圖像處理

隨著計算機、多媒體和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字圖像技術(shù)近年來得到了極大的重視和長足的發(fā)展，并在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、教育、娛樂、管理和通信等方面取得了廣泛的應(yīng)用。同時，人們對計算機視頻應(yīng)用的要求也越來越高，從而使得高速、便捷、智能化的高性能數(shù)字圖像處理設(shè)備成為未來視頻設(shè)備的發(fā)展方向，實時圖像處理技術(shù)在目標(biāo)跟蹤、機器人導(dǎo)航、輔助駕駛、智能交通監(jiān)控中都得到越來越多的應(yīng)用。由于圖像處理的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)處理相關(guān)性高，實時的應(yīng)用環(huán)境決定嚴(yán)格的幀、場時間限制，因此實時圖像處理系統(tǒng)必須具有強大的運算能力。各種高性能DSP不僅可以滿足在運算性能方面的需要，而且由于DSP的可編程性，還可以在硬件一級獲得系統(tǒng)設(shè)計的極大靈活性。為了獲得足夠的計算能力，我們以兩片 TMS320C6201作為系統(tǒng)的運算中心構(gòu)筑了實時圖像處理系統(tǒng)；為了獲取最大的靈活性，在系統(tǒng)體系機構(gòu)上采用了一種可重構(gòu)的FPGA計算系統(tǒng)模型。
1 功能強大的TMS320C6x
TMS320C6000是美國TI(Texas Instruments)公司于1997年推出的新一代高性能DSP芯片。這種芯片是定點、浮點兼容的DSP。其定點系列是 TMS32C62XX，浮點系列是TMS320C67XX。最早推出的C6201芯片的運算速度已經(jīng)達(dá)到1600MIPS，在業(yè)界首次突破1000MIPS，在數(shù)字信號處理器數(shù)里能力上創(chuàng)造了新的里程碑，并因此獲得了美國EDN雜志“1997年度創(chuàng)新大獎”2000年3月，TI發(fā)布了新的C64XX內(nèi)核，主頻1．1GHz，處理速度接近9000MIPS，總體性能比C62XX提高了10～15倍。其中C6416在2002年3月獲得EDN雜志“2001年度創(chuàng)新大獎”。
C6000內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要特點包括：
①定點／浮點系列兼容DSP，目前CPU主頻100MHz～600MHz。
②具有先進(jìn)VLIW結(jié)構(gòu)內(nèi)核。
(1)8個獨立的功能單元：6個ALU(32／40bit)，2個乘法器(16×16)，浮點系列支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)單精度和雙精度浮點運算。
(2)可以每周期執(zhí)行8條32bit指令，最大峰值速度4800MIPS。
(3)專用存取結(jié)構(gòu)，32／64個32bit通用寄存器。
(4)指令打包技術(shù)，減少代碼容量。
③具有類似RISC的指令集。
(1)32bit尋址范圍，支持bit尋址。
(2)支持40bitALU運算。
(3)支持bit操作。
(4)100％條件指令。
④片內(nèi)集成大容量SRAM，最大可達(dá)8Mbit。
⑤16／32／64bit高性能外部存儲器接口(EMIF)提供了與SDRAM、SBRAM和SRAM登同步／異步存儲器的直接接口。
⑥內(nèi)置高效率協(xié)處理器(C64X)。
(1)Viterbi編解碼協(xié)處理器(VCP)，支持500路7．95kb／s AMR。
(2)Turbo碼編解碼協(xié)處理器(TCP)，支持6路2Mb／s 3GPP。
⑦片內(nèi)提供多種集成外設(shè)(不同芯片的資源不同)
(1)多通道DMA／EDMA控制器
(2)多通道緩沖串口(McBSP)
(3)多通道音頻串口(McASP)
(4)可以訪問DSP整個存儲空間的主機口(HPI)
(5)32bit擴(kuò)展總線(xBUS)
(6)32bit／33MHz PCI主／從模式接口
(7)32bit通用計數(shù)器(Timer)
(8)UTOPIA接口
(9)通用輸入/輸出(GPIO)
(10)總線主／從模式接口
(11)支持多種復(fù)位加載模式(Boot)，提供3種節(jié)電控制模式(Power Down)
⑧支持IEEE一1149．1(JTAG)邊界掃描接口。
⑨內(nèi)核采用1．0／1．2／1．5／1．8V供電，周邊采用3．3V供電。
⑩0．12tzm0．18tμm CMOS工藝，5／6層金屬處理。BGA球柵陣列封裝。
TMS320C6x系列的DSP芯片結(jié)構(gòu)不同于一般的DSP，屬于類RISC結(jié)構(gòu)，從而使它的c編譯器具有很高的效率，因此稱之為面向C語言結(jié)構(gòu)的 DSP芯片。這使得其在絕大多數(shù)應(yīng)用中，可以采用 C語言編寫TMS320C6x程序，從而充分利用大量用c描述的算法程序，并獲得遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)DSP程序的可維護(hù)性、可移植性、可繼承性，縮短開發(fā)周期。