基于DSP_FPGA 的车辆道路图像的处理平台设计

杜俊贤DU Jun-xian；董良新DONG Liang-xin；王连桂WANG Lian-gui

（烟台汽车工程职业学院，烟台 265500）

（Yantai Automobile Engineering Professional College，Yantai 265500，China）

0 引言

开发汽车图像处理平台，对汽车智能化进程有着重要的推动作用，能为我国智能交通体系的建立打下良好的基础。市场上在选择智能汽车的传感器时，多采用TV 摄像机或者CCD 摄像头，利用摄像头获取的图像对车辆周边环境进行采集。由于计算机硬件设备的处理速度和存储容量大大提高，基于图像处理的智能汽车技术逐渐成为了主流。

车辆路况数据采集以前多采用单片机作为控制器，通过模/数转换（AD）、存储器以及外围电路进行工作。但由于车辆路况复杂，信息量大，单片机的处理速度难以达到大数据采集的要求。而仅仅单独利用DSP 进行高速数据采集，会因为底层数据量大导致频繁中断高层的算法、计算公式和控制结构，影响了DSP 的性能；因此我们采用现场可编程门阵列（FPGA）来实现底层的信号数据的处理，不仅速度高而且运算结构简单；而DSP 专门处理高层的算法、公式和控制结构。

1 系统设计

车辆道路图像的处理平台包含了路况图像采集模块、FPGA 模块、DSP 模块、路况图像输出模块、存储器和控制电路。下面介绍一下各模块的功能：

路况图像采集模块：利用A/D 阵列对输入视频信号进行转换、处理，再经过D/A 转换，就可将视频显示在监控设备上。

FPGA 模块：FPGA 是视频信号采集、处理和显示的控制核心，主要包括模数转换阵列采集控制、数据传输、存储和控制、时序的产生与控制、图像的预处理和显示控制、EMIF 总线接口逻辑。本文图像处理平台中采用的是EP1K50 芯片。本芯片工作频率高达250MHz，满足复杂逻辑控制同时具有存储和缓冲功能。

DSP 模块：DSP 模块是实时图像处理平台的核心，对通过FPGA 预处理后的图像进行识别、检测和跟踪等复杂的图像数据处理和运算。本模块包含复位控制、时钟系统、DSP 器件、Flash 程序存储器、JTAG 端口、SDRAM 图像帧存储器等。本平台选用的DSP 芯片为TMS3206201，主频为200MHz，峰值性能可以达到2400MOPS。

路况图像输出模块：对经DSP处理后的数字图像进行数模转换，再与同步信号叠加后形成标准的视频。

2 系统的具体实现方案

2.1 路况图像采集模块 总共设有六路模数转换器，其中A/D0、A/D1、A/D2 共享一路数据总线ADCB14～27，A/D3、A/D4、A/D5 共享另一路数据总线ADCB0～13。A/D0、A/D3 共享输出使能信号ADC_OEO，A/D1、A/D4 共享输出使能信号ADC_OEO1，A/D2、A/D5 共享输出使能信号ADC_OEO2。六路模数转换器采样同一个时钟信号和片选信号，保证了同步采样，通过数据总线与FPGA 管脚连通，在模数转换完成后，通过三个ADC_OEO信号分时读取转换结果，实现了并行采集的目的，节约了FPGA 资源。

2.2 FPGA 模块 经过ADS8364 芯片处理过的来自CCD 摄像头的图像处理信号与红外光电感应信号、行同步信号、奇偶场信号、场同步信号一起进入FPGA。图像实时处理结果通过多通道缓冲串口由FPGA 传给上位机，再传至DSP。串口通信控制可由FPGA 编程实现，也可以选用TL16C554 芯片来实现，后一种方法可以节省FPGA 片内资源。

2.3 DSP 模块 路况图像的实时显示对数据的处理和传输速度都有非常高的要求，DSP 模块可以对传输和数据处理分时进行，从而提高系统性能。DSP 芯片C6201DMA控制器具有四个相互独立的可编程的传输通道，允许进行四路不同内容的DMA 传输；选取一个辅助DMA 通道专门负责与主机通信，其他的DMA 通道的数据传输在片内存储器、外部器件或片内外设之间独自进行。平台在在DSP 外扩展的SDRAM 中设置了三个帧存储区，保证了图像的连续采集和连续显示。（图3）

2.4 路况图像输出模块 本模块通过数模转换芯片ADV7125 将DSP 处理后的图像数据与字符信号结合，形成VGA 格式视频，同时接收FPGA 产生的数字视频信号，再与同步信号和消隐信号叠加后，完成路况图像输出显示。

3 结论

基于DSP_FPGA 的车辆道路图像的处理平台设计以DSP 和FPGA 为核心，增加了视频输入通路。同时底层的信号数据的处理都通过了FPGA，后期的调试过程证明这样做使得调试非常方便，使得DSP 专门处理高层的算法、公式和控制结构，不仅速度高而且运算结构简单。最后经大量的系统仿真证实：该平台结构简单，稳定性高，处理速度快，视频效果优秀。

[1]智能监控系统[Z].国家科技成果.

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