数字信号处理在数字图像处理中的应用

哈尔滨工程大学　毛晓琦

数字信号处理在数字图像处理中的应用

哈尔滨工程大学毛晓琦

由于时代的进步，最新的计算机技术被应用到更多的领域中，数字信号处理技术在计算机发展的基础上被大力的推广。本文对于数字信号处理在数字图像处理中的应用进行了分析，供专业人士参考借鉴。

数字；信号；处理；图像

数字信号处理技术是应用计算机或专业性的处理设备，通过数值计算的方式，对于信号进行估值、采集、加工、处理，方便信息的应用和提取目的。专业人士对于数字信号处理的期望是速度快、抗干扰能力强、造价低，该种技术预期目标，对于领域内的研究人员提出更高的要求标准。

一、定义

数字处理技术是利用数字信号处理作为基础的一种图像处理方式，其将图像的信号转化成为具体的数学信号，利用计算机技术进行有效的编码、增强、复原、提取、解除噪音等，该种处理技术在各个行业被大力的推广应用，特别是在图像处理领域，为行业发展带来全新的技术服务。

二、发展

数字信号处理技术具体指将信号转化成为数字的形式，进一步处理技术和理论，借助应用数值计算的方式对于信号展开加工处理 。由于近年来计算机行业的快速发展和进步，数字信号技术在更多的行业中被推广应用。自从数字图像处理行业中应用了数字信号处理技术，整个行业内部得到快速的发展。其中DSP是数字信号处理器的一种缩写，其作为一种高速专用的微处理器，关键的特点是数字运算功能非常的强大、资源更加的丰富、高速输入输出，在数据传输的环节中速度非常快，被专业应用与处理以运算为主的实时信号。从上个世纪的60年代开始，数字信号处理技术被提出，经历过几十年的发展，逐步形成了DSP的理论内容和算法内容。早期的时候，将理论实际应用实际中，研制出数字信号系统，数字信号系统中包括分立元件构成，主要的被应用到美国的航天或是军事各个部门，该技术的应用意味着数字信号处理器真正的出现。到1982年的时候，全世界范围内的收割DSP芯片被美国的某一个公司研究出来，在后期的26年中，由于各种新技术理论的不断出现，相关技术的产品以每二到三年的速度快速更新，以目为例子，TMS320C6416T是性能较为高的一种定点型DSP，其是根据第二代的高性能先进性高速超长字指令结构发展形成的，利用0.09um的加工工艺，在边界执行扫描IEEE1149.1标准，核电压为1.2V，提供出64个独立通道的EDMA数据传输总线，在1GH时钟频率下8位数据的运算速度已经达到了8000MIPS，16位的乘法运算速度已经达到4000MMACS，每个时钟周期能够支持8条32位的指令执行运行。同时芯片内部提供了60路384Kbps或是10路2Mbps的传输控制协议，支持3GPP系统，基本一个DSP系统内部除了DSP芯片之外，还必须具备外接存储器。外部程序存储器包括FLASH ROM，其中的AT29LV系列，应用反馈速度快、电可策划案除。数据存储器可以选择应用SRAM或是DRAM，双端口的存储器适合使用在速度更快的场合，内部具有仲裁电路，在两个不同的端口进行数据的输入或输出，隔离输出设备或输入设备，还能够支持大规模信号处理场合，例如数据运算量非常庞大的图像实时压缩处理，3GPP2、3GPP2等。

三、主要应用

数字信号处理技术在图像处理技术中的应用主要还体现在图像变换工作中，如果需要处理的图像矩阵非常大，那么在空间域中处理就会需要很大的计算量，所以通过数字信号处理技术来展开有效的处理，将空间域的处理转换成为换域处理，如此才能够减少工作量，提高计算的综合准确度，为图像变换的发展起到推动作用。

数字信号处理技术在图像描述中的应用是对于相对比较简单的二值图像运用几何特性进行描述，通常图像描述的方式是应用二维形状，根据数字处理技术的发展，三维形状的图像描述已经逐步形成，图像描述成为图像识别和理解的前提。

由于半导体加工技术的快速发展应用，更多的模拟电路逐渐的退出了历史应用的舞台，数字化时代正在用快速的，不可逆转的形式应用到人类社会化的更多领域中，数字信号处理技术和DSP芯片逐渐的成为决定系统性能优劣的关键性基础元件。例如部分的系统内部要求具有较高的性能，可以利用无线基础设施、视频基础设施、监视IP摄像机、流媒体、机顶盒、便携式媒体设备、IP视频电话、数字摄像机等，部分的系统要求低的功耗，例如便携式消费品、无线调制解调器、电信高频无线电和导航系统、个人医疗设备、组网、因特网音频、远程信息处理、生物辨识等；部分的系统要求最优化的控制，例如数字电流、白色商品、工业驱动产品、嵌入式传感和测量等。

1.DSP典型图像采集简易系统

目前DSP典型图像采集系统结构中包括摄像头，A/D，图像预处理和控制，DSP，PC机、帧存储器、最后形成FLASH。该系统是将模拟摄像头CCD采集的图像经过视频的a/d芯片转换后，有FPGA控制写入片外大容量的帧存储器内部进行存储，最后通过总线送到DSP芯片中进行压缩性处理，然后通过PC机存储，最终输出具体的图像。

2.典型图形采集复杂系统

由于行业的快速发展，各种实际客户的需求逐渐的增多，包括要求图像数据无损实时压缩和传递、光谱范围较宽、在某些特定的位置应该将图像数据无损及时的压缩，通过存在，在条件允许的状况下，利用数据打包后传输到接收站中，过去的简单系统机构逐步的不能够满足光谱跨度较大的图像无损压缩需求，那么在很多数据运算量更高的场合就利用数字信号处理结构。

该系统中，将FPGA作为主要的控制部分，通过其实现系统的控制，两片DSP合作，最终提升数据压缩速率，FPGA应用ALTERA公司内部的高端Stratix IV GX FPGA ，DSP选择使用美国公司的定点型最高性能的TMS320C6455-1200，或是应用AD公司的浮点型ADSP-21369KBPZ-3A，这些都能够满足具体的应用要求，工作的原理是利用数据交换部分的SRAM、FPGA，其中FPGA关键是用于控制SRAM，A/D和D/A的数据读写时序，利用DSP数据交换，数据处理的部分主要是包括FLASH和DSO构成，利用FLASH作为系统的整体内部程序存储器，在每一次系统上电之后，DSP组通过芯片自举的方式将FLASH读入程序，通过该程序的引导程序，继续将其他的主要程序调入到DSP片内的SRAM中，在后期的运行环节中，DSP从片内SRAM中读取程序，当FPGA控制数据进不到SRAM之后，会发送中断性的信号到对应的DSP芯片中。如果DSP芯片接收到中断的信号，就会在SRAM中读取具体的视频图像数据，通过对应的先进算法进行图像的压缩处理，将压缩处理后的图像数据进行打包，最终将数据包数据存储到系统的存储模拟块中，或是将处理后的图像数据统一打包，将数据包数据存储到压缩系统的存储模块中，最终送到输出模块，最后直接性的输出，在图像数据处理的环节中，DSP利用ISA总线和PC主机进行通讯，最终获取图像处理参数，传回具体的处理结果，DSP芯片组和FPGA之间的配合加工整个的图像卡数据处理作为核心，从具体的FLASH中获取程序后，使用FPGA提供的地址信号和片选信号，在SRAM中获取相关的视频图像数据，整个的系统中，DSP芯片组和FPGA的硬件性能以及对应的压缩算法将对于整个的图像处理系统产生重要的影响。

［1］张婷.浅析数字信号处理的发展应用［J］.科技信息技术论坛，2014.

［2］王红.数字图像处理技术的应用现状和发展前景［J］.质量标准化，2015（12）.

［3］张婷.数字图像的纹理特征和分类研究［J］.行业专业研究，2015.