基于DSP的实时图像处理系统的开发

朱友秀

摘 要： 网络流行语“有图有真相”是现今较为流行的一段话，通过这段话可以清晰地表明图像与视频在人们现今的生活中有着多么重要的地位。图像与视频在现今的生活中的应用越来越广泛，同时对于图像与视频的处理质量也提出了更高的要求。做好图像与视频处理技术的研究与应用对于我国电子产业的发展有着极为重要的意义。本文在分析图像与视频技术特点的基础上对如何采用DSP芯片来搭建图像与视频实时处理系统以确保图像与视频的处理质量。

关键词：图像与视频；DSP 实时处理；处理系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A

现代科技发展迅速，大量新技术的发展和应用极大地提高了人们的生活质量。图像与视频是现代社会中接触最多也是应用最为广泛的，做好图像与视频处理技术的研究通过对图像与视频进行识别、除噪、增强及锐化等的处理以便获得更好的图像与视频处理质量和效率。在对图像与视频进行处理的过程中DSP技术作为一种极为有效的图像与视频处理技术，积极将DSP应用于图像与视频的处理中将能够使得图像与视频发挥出更好的处理速度与处理效果。

1.DSP芯片的结构特点及现今实时图像处理系统的硬件结构模式

DSP数字信号处理其缩写，DSP芯片是在分析数字信号处理特点的基础上对处理器所采取的结构优化设计，相较于普通的单片机DSP，由于硬件结构更为优化，因此在功能性、数字信号处理速度等方面具有更大的优势，因此在数字与图像处理的硬件系统中DSP芯片得到了大量而广泛的应用。DSP芯片在硬件构成上具有专用的硬件乘法器，并通过改进操作方式将流水线形式作为主要的操作形式，从而极大地提升了DSP在数字信号处理中的应用。实时图像处理技术在现今的交通监控、目标跟踪、辅助驾驶等领域中得到了较为广泛的应用。实时图像处理所需处理的数据量较多、处理速度要求较快，从而要求以DSP芯片为主的实时图像处理硬件结构具有强大的运算能力，DSP所具有的高运算性和数据处理能力以及良好的可编程性能够良好地满足实时图像处理技术对于硬件的要求，并能够为实时图像处理的硬件构成提供更为良好的灵活性。现今在实时图像处理硬件系统的构成中多采用的是运用多处理器来构建实时图像处理运算中心，构筑不同硬件结构模式的实时图像处理系统。现今以DSP芯片所构建的实时图像处理硬件系统主要分为主从式系统和并行式系统两大类。在DSP芯片应用于实时图像处理系统中时，对于一些实时图像处理系统仅需采用单个DSP芯片并辅助以一定量的存储器、A/D转换器以及信号放大外设等即可实现，而对于一些复杂的实时图像处理系统不仅仅要求图形处理同时还要求系统具备一定的通信、控制等的功能因此必须在系统中使用多个处理器协同工作，用以发挥各自处理器的优点。现今在实时图像处理硬件系统的构建上可以采用双DSP芯片或是DSP芯片+MPU的结构形式。在现今的很多实时图像处理硬件构成中采用的是DSP+MPU所构建的主从式系统，在这一系统中将MPU作为主机而DSP芯片作为从机，MPU作為主机可以对DSP所构建的从机进行复位、运行以及挂起等的控制，从机在主机的控制和协运作下用以完成其做负担的工作。MPU主机将一部分的数据交由从机DSP进行处理并将处理完成后的结果传输至主机中。上述这种硬件系统在工业信号的采集处理方法有着较强的优势。实时图像处理系统中的并行硬件架构，在构建硬件系统并行架构时主要的处理方案采用的是多处理器系协同并行运行的工作模式，用以实现对于硬件系统输入信号的高速处理。在硬件系统工作的过程中，各协同处理单元之间存在着一定的因果联系，为做好数据的处理实现各处理单元之间的协作，需要在并行处理时采用流水线处理方式。本文介绍了 一种基于双DSP芯片的实时图像处理系统设计方案。

2.DSP芯片在实时图像处理系统中的应用

2.1做好DSP芯片的选择

在某型号实时图像处理系统的设计过程中，硬件结构采用两片DSP芯片相互协调工作的架构形式，在数据并行处理方式上选用的是流水线方式，从而使得两片DSP芯片能够独立的完成各自的处理任务，在基于全局的时钟的时序及控制模块控制下实现了并行处理。在实时图像处理系统的设计时需要合理的选择DSP芯片，在实时图像处理控制系统中所使用的DSP芯片需要进行大量的数据运算，且涉及图像和视频的计算处理过程较为复杂因此对于DSP芯片的处理能力要较高，在进行DSP芯片的选择时需要对DSP芯片进行合理的选择。此外，实时图像处理系统在进行DSP芯片选择时需要考虑众多的影响因素，在进行实时图像处理的过程中根据所选用的数据处理格式的不同而对信号的处理精度会产生不同的影响，采用不同的数据处理格式除了会对信号处理的精度造成影响外还会造成信噪比和动态范围有所差异。此外，在实时图像处理系统中不同的数据格式也会对实时图像处理系统的开发难度和易用性产生较为严重的影响。当选用定点或是浮点的DSP芯片时，在进行数字信号处理前首先需要对A/D转换时的比特数做好相应的分析，对于所需处理的实时图像像素低于16bit的可以选用16bit的定点DSP芯片，以便对图像或是视频进行良好的处理。而如所需处理的图像或是视频的像素大于16bit时，在DSP芯片的选择上可以选用浮点DSP芯片以满足实时图像处理系统对于数据的处理需求，通过选用浮点DSP芯片能够对更宽范围内的图像或是视频信号进行动态捕捉。在选用浮点或是定点DSP芯片时，在同等条件下定点DSP芯片在功耗、性价比以及稳定性方面有着较大的优势且更容易实现。此外，在选用DSP芯片时还需要根据所实时图像处理系统对于DSP芯片的运算速度、芯片的存储结构以及外部总线等的要求选择合理的DSP芯片型号，用以确保实时图像处理的有效性。

2.2DSP芯片应用于实时图像处理系统的开发

当将DSP芯片应用于实时图像处理系统时，需要选用具有强大运算能力的DSP芯片用以处理视频和数据图像。实时图像处理系统主要由图像采集、图像处理和数据通信等几个主要的模块组成。在实时图像处理系统中的图像采集模块中需要具备对于实时图像信号的采集和显示功能的同时还能及时地对图形和视频信号进行分析和结果反馈。为实现上述功能需要高性能的DSP芯片用以满足高速数据处理的需求。此外，在实时图像处理系统中还需要注意选择合理的图像处理方式，以提高实时图像系统对于信号的采集和处理能力。随着科学技术的发展，对于实时图像处理的要求也越来越高，实时图像处理系统所需要处理的数据量呈几何式增长，为满足实时图像处理系统对于数据处理的需求，在实时图像处理系统的架构上可以采用FPGA架构模式，通过利用双DSP芯片的硬件结构来实现对于实时图像的处理。双DSP芯片的实时图像处理系统在数字信号的处理方式上采用并行流水线处理方式，通过严格的同步时序控制方式及数据共享通信方式来极大的提升数据的处理及压缩速率。此外在实时图像处理算法上通过选用针对性的算法对所需处理的实时图像及视频信号打包并发送至存储或是输出模块。

结语

DSP芯片应用于实时图像处理系统的开发中能够使得实时图像处理系统获得良好的图像或是视频信号处理能力，本文在分析DSP芯片特点的基础上对如何做好DSP芯片在实时图像处理系统中的应用进行了分析介绍。

参考文献

[1]郭卓锋，丁艳.基于DSP的实时图像处理系统的设计[J].光学技术，2004，30（1）：78-79.

[2]郭栋，王志良，李正熙，等.基于DSP的实时图像处理系统[J].微计算机信息，2005（3）：83-84.