航空圖像壓縮系統(tǒng)的DSP設(shè)計及實現(xiàn)

　　1.4 試驗結(jié)果

　　采用標準圖像Zelda對本系統(tǒng)算法和Shaprio的零樹法(EZW)進行測試比較。小波變換分解級數(shù)采用六級，試驗結(jié)果見表1。

　　從表1可以看出，本系統(tǒng)算法重構(gòu)圖像的信噪比比零樹法平均高0.3dB，其性能的優(yōu)越性是顯而易見的。

2 軟件優(yōu)化

　　本系統(tǒng)算法采用C語言編程實現(xiàn)后，首先在ATEME公司的NVDK6416開發(fā)板上進行算法調(diào)試和代碼優(yōu)化，主要采用如下優(yōu)化手段。

　　2.1基于C語言環(huán)境的優(yōu)化

　　為了提高程序的執(zhí)行效率，在編程實現(xiàn)算法時，應(yīng)采用一些具體的優(yōu)化手段。在SPIHT編解碼中門限值的初始化和逐步降階中，對于2次冪整數(shù)的乘除運算可采用比特的移位操作來代替；盡量少使用局部變量，多使用全局變量和static變量；對于多次重復(fù)訪問的變量，如for循環(huán)中的變量，可設(shè)置為register變量；函數(shù)調(diào)用時，盡量避免傳遞結(jié)構(gòu)參數(shù)，一般用結(jié)構(gòu)指針代替，如果結(jié)構(gòu)是不可修改的，可用常量結(jié)構(gòu)指針代替。

　　2.2 基于CCS的優(yōu)化

　　CCS集成開發(fā)環(huán)境提供了很多現(xiàn)成的優(yōu)化方法，可以直接為開發(fā)人員所用，常用的有編譯器法、使用字訪問短型數(shù)據(jù)、合理采用Const關(guān)鍵字、使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)、循環(huán)展開以及編寫線性匯編等。

　　2.3 基于TMS320C6416硬件特征的優(yōu)化

　　TMS320C6416的片內(nèi)存儲器容量較小，總共為1Mbit，采用了兩級緩存結(jié)構(gòu)。在編制程序和存儲數(shù)據(jù)時，在內(nèi)存滿足的情況下，應(yīng)使用片內(nèi)RAM和高速緩存，將核心代碼存儲在片內(nèi)的高速緩存或RAM內(nèi)；若片內(nèi)內(nèi)存容量不足，則把使用次數(shù)較少的數(shù)據(jù)放在片外RAM中進行存儲。

　　采用DMA／EDMA傳輸數(shù)據(jù)是系統(tǒng)高速采集數(shù)據(jù)的一個重要手段，在圖像實時采集中應(yīng)用非常廣泛。TMS320C6416的EDMA有多種地址生成方式，通過設(shè)置各個控制寄存器，可以方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)重排、一對多和多對一的數(shù)據(jù)交換等操作，利用這些操作可以大大提高程序效率。

　　對算法的關(guān)鍵代碼部分綜合采用上面的各種優(yōu)化措施，經(jīng)過反復(fù)實驗、測試、優(yōu)化，算法的執(zhí)行效率得到了明顯的提高。優(yōu)化前后的時間結(jié)果比較見表2。

　　從表中可以看出，優(yōu)化后系統(tǒng)的執(zhí)行效率提高了近20倍，較好地滿足了系統(tǒng)的實時性要求。

3 硬件實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用TI公司的定點芯片TMS320C6416作為核心處理器。此芯片采用了VelociTI.2TM甚長指令字(VLIW)結(jié)構(gòu)，最高工作頻率達到720MHz，運算能力達5760 MIPS，是目前性能最高的DSP芯片，特別適合圖像壓縮等具有較大運算量的場合。由于數(shù)據(jù)的輸入速率和輸入量都非常大，因此將高速FIFO用于圖像數(shù)據(jù)緩存非常適合。FIFO只需數(shù)據(jù)總線和控制信號就可以對其進行讀寫，開發(fā)十分方便；并且可以與TMS320C6416 DSP的同步FIFO進行無縫接口。

　　圖2所示是系統(tǒng)壓縮板卡的設(shè)計原理框圖。

　　從CCD高分辨率相機送出的數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理后由時鐘信號控制存儲在同步FIFO中，當FIFO出現(xiàn)半滿標志時立即以中斷方式通知DSP到FIFO中讀取數(shù)據(jù)，同時在FIFO的另一端繼續(xù)存儲原圖像數(shù)據(jù)，并一直以這種方式存取數(shù)據(jù)。DSP收到中斷后立即從FIFO中讀取數(shù)據(jù)，然后對圖像進行壓縮處理，處理完畢后送到雙口RAM(DPRAM)中，進行調(diào)制處理后由發(fā)射機發(fā)射出去。

　　接收端首先利用接收機接收信號，然后進行信號解調(diào)、小波反變換和SPIHT解碼，這可以通過PC機或地面工作站來進行，這時只需相應(yīng)的解壓縮軟件即可實現(xiàn)。

　　經(jīng)過實際測試，結(jié)果表明本系統(tǒng)在保持良好的重構(gòu)圖像的情況下較好地滿足了系統(tǒng)的實時性要求，并且其它設(shè)計指標也均滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)已經(jīng)在某航空圖像回傳系統(tǒng)中得到實際應(yīng)用。

參考文獻

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