基于PCI總線的電視圖像處理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為便于科研人員在電視圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中對圖像處理的新算法進(jìn)行評估和測試，降低評估測試板硬件電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，在此提出了解決方案，并實(shí)現(xiàn)了基于PCI總線的電視圖像實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)首先通過PCI插卡實(shí)現(xiàn)對電視圖像進(jìn)行采集、預(yù)處理和視頻A／D轉(zhuǎn)換，然后選用具有高速特性的PCI總線將數(shù)字化后的數(shù)字圖像信息寫入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存，最后在計(jì)算機(jī)終端上，使用高級語言編程，完成圖像處理和控制接口軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件對PCI硬件設(shè)備的訪問，數(shù)字圖像的實(shí)時(shí)處理、分割、匹配等算法仿真。
關(guān)鍵詞：PCI總線；電視圖像；實(shí)時(shí)處理；數(shù)字圖像

0 引言
隨著電視圖像處理系統(tǒng)性能的提高，設(shè)計(jì)人員需要不斷采納新的數(shù)字圖像處理算法，如何對這些新算法進(jìn)行評估，如何將理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成工程應(yīng)用成為設(shè)計(jì)人員關(guān)心的首要問題。
實(shí)現(xiàn)電視圖像信號(hào)處理需要設(shè)計(jì)一套復(fù)雜的電路系統(tǒng)，且硬件電路的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮高速DSP芯片的開發(fā)、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、視頻轉(zhuǎn)換、接口等復(fù)雜電路。設(shè)計(jì)印刷電路板和調(diào)試將占用設(shè)計(jì)人員較多的工作時(shí)間，較長的研制周期和較高的研制經(jīng)費(fèi)均不利于圖像處理新思路、新算法向工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。仿真系統(tǒng)能較大程度降低硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，縮短研制周期，有利于科研設(shè)計(jì)人員集中精力對新算法進(jìn)行評估和測試。
能否實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)處理電視圖像信號(hào)是設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。鑒于微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高和PCI總線的高速特性，基于PCI總線設(shè)計(jì)電視圖像處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)成為了可能。本系統(tǒng)使用微型計(jì)算機(jī)仿真電視圖像處理系統(tǒng)來對圖像進(jìn)行處理，使用PCI插卡電路，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送。 PCI總線的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳送的瓶頸，傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)總線的最大缺點(diǎn)是傳輸
速率太低，不能實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，更不能滿足圖像處理系統(tǒng)和大型應(yīng)用程序的要求。PCI總線作為一種同步，且獨(dú)立于處理器的32位局部總線，其最高工作頻率為33 MHz，數(shù)據(jù)傳輸峰值吞吐率可達(dá)132Mb／s。因而用PCI總線傳送1場(256×256×32位數(shù)據(jù))信號(hào)的時(shí)間不大于20 ms。由于電視信號(hào)存在空間和時(shí)間上的冗余，如對信號(hào)進(jìn)行壓縮，則傳送一場信號(hào)所需的時(shí)間將會(huì)更短。因此，在仿真系統(tǒng)中，利用PCI總線將數(shù)據(jù)圖像信息直接傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)存中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和處理是可能的。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能
由于采用了微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，因而可使硬件電路設(shè)計(jì)的工作量大大降低，仿真系統(tǒng)僅需要設(shè)計(jì)一PCI插卡，就可實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的適時(shí)采集和處理。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。


采用PCI總線視頻處理卡對圖像進(jìn)行預(yù)處理和視頻A／D轉(zhuǎn)換，再通過PCI總線將數(shù)字圖像信息寫入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存，使用高級語言編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的預(yù)處理、分割、目標(biāo)圖像處理、匹配等算法。