基于DM642圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
信息社會(huì)的發(fā)展，在很大程度上取決于信息和信號(hào)處理技術(shù)的先進(jìn)性。數(shù)字處理技術(shù)的出現(xiàn)改變了信息與信號(hào)處理技術(shù)的整個(gè)面貌，而Tl公司的DM642是推動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志性產(chǎn)品。目前，“信息高速公路”成了發(fā)達(dá)國家的熱門課題，其中數(shù)字圖像處理技術(shù)則成為它的極其重要的部分。而且，數(shù)字圖像處理技術(shù)還與當(dāng)前乃至21世紀(jì)的一些關(guān)鍵電子技術(shù)及電子產(chǎn)品密切相關(guān)，例如高清晰度電視、可視電話、多媒體技術(shù)、醫(yī)用圖像處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
1 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖像處理系統(tǒng)以DM642高性能通用DSP芯片為核心。圖l為系統(tǒng)框圖。
1．2 DM642芯片的特點(diǎn)
一般的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，在視頻和圖像處理中得到廣泛應(yīng)用；采用的超長(zhǎng)指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)由多個(gè)并行運(yùn)行的執(zhí)行單元組成，這些單元在單個(gè)周期內(nèi)可執(zhí)行多條指令，并行是獲得高性能的關(guān)鍵。DM642是目前DSP芯片性能最高的產(chǎn)品，除了有更高的時(shí)鐘頻率外，還擴(kuò)展了許多新的指令，增加了額外的數(shù)據(jù)通道，寄存器的數(shù)量也增加了一倍。這些擴(kuò)展使得CPU可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)處理更多的數(shù)據(jù)，從而獲得更高的運(yùn)算性能。
DM642芯片集成了各種片內(nèi)外設(shè)，使得開發(fā)視頻和圖像領(lǐng)域的應(yīng)用更為方便。它帶有三個(gè)可配置的視頻端口，提供與視頻輸入、視頻輸出以及碼流輸入的無縫接口。這些視頻端口支持許多格式的視頻輸入/輸出，包括BT．656、HDTV Y／C、RGB以及MPEG-2碼流的輸入。利用IDM642開發(fā)視頻編碼器／解碼器，其視頻輸入／輸出部分只需要一塊視頻采集芯片／顯示芯片即可，如Phillips的SAA7115／SAA7105，無需外加邏輯控制電路和FIFO緩存，使硬件系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單和穩(wěn)定。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 視頻采集電路
本系統(tǒng)采用的視頻解碼芯片是Philips公司的SAA7115。從模擬視頻輸入口輸入的全電視信號(hào)在SAN7115內(nèi)部經(jīng)過鉗位、抗混疊濾波、A／D轉(zhuǎn)換、YUV分離電路之后，在YUV到Y(jié)CrCb的轉(zhuǎn)換電路中轉(zhuǎn)換成BT．656視頻數(shù)據(jù)流，輸入到壓縮核心單元DM642中。SAA7115內(nèi)部寄存器參數(shù)的配置和狀態(tài)的讀出通過I2C總線進(jìn)行。視頻采集接口的原理如圖2所示。
2．2 視頻端口電路
在本系統(tǒng)中，提供了三個(gè)視頻端口(VP0、VPl、VP2)，它們與公共視頻解碼器和視頻編碼器物理相接。同時(shí)相應(yīng)地提供了三個(gè)可配置的VP0、VPl、VP2通道，它們與公共視頻解碼器和視頻編碼器無縫連接。其中VP0和VPl通道配置為8位BT．656作為視頻輸入口，用于接收來自SAA7115采集的視頻信號(hào)；VP2通道相應(yīng)也配置為8位BT．656作為視頻輸出口，用于給SAA7105發(fā)送視頻信號(hào)。視頻數(shù)據(jù)的行／場(chǎng)同步信號(hào)包含在BT．656數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流的EAV和SAV時(shí)基信號(hào)中，視頻端口只需視頻時(shí)鐘和使能信號(hào)即可。
2．3 擴(kuò)展存儲(chǔ)器電路
DM642內(nèi)部有16KB的一級(jí)程序緩存，16KB的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存和256KB的程序數(shù)據(jù)共享二級(jí)緩存。但這對(duì)于直接處理圖象數(shù)據(jù)是不夠的，因此擴(kuò)展了兩片32MB的SDRAM來存放原始圖像數(shù)據(jù)，4MB的FLASH來存放應(yīng)用程序。二者都映射到DM642的外部數(shù)據(jù)空間。
2．4 視頻顯示電路
本系統(tǒng)采用的視頻編碼芯片是Philips公司的SAN7105，它跟SAA7115芯片的功能正好相反。它接受來自VP2通道配置的8位BT．656視頻信號(hào)，經(jīng)過SAA 7115內(nèi)部的YCrCb到Y(jié)UV的轉(zhuǎn)換電路、YUV合成電路、D／A轉(zhuǎn)換、鉗位等變成全電視信號(hào)的模擬視頻信號(hào)，輸出到顯示器。SAA7105內(nèi)部寄存器參數(shù)的配置和狀態(tài)的讀出通過I2C總線進(jìn)行。視頻顯示接口的原理如圖4所示。
3 系統(tǒng)軟件工作流程設(shè)計(jì)
首先DSP通過上電初始化并對(duì)其加載程序；DSP開始執(zhí)行編碼程序，從視頻端口獲取實(shí)時(shí)采集的視頻，如圖l所示。SAA7115輸出BT．656格式的數(shù)字視頻，作為DM642VPORT的輸入，VPORT輸出YUV(4：2：0)格式的圖像，作為編碼程序的輸入；DSP完成一幀圖像的編碼，通過幀標(biāo)記判斷觸發(fā)存儲(chǔ)事件。圖像處理程序通過調(diào)用存儲(chǔ)空間的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理。然后通過調(diào)用解碼程序把視頻數(shù)據(jù)傳送到SAA7105進(jìn)行視頻的播放。系統(tǒng)工作流程如圖5。
4 結(jié)論
由于信息社會(huì)的高速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)日益變得更加成熟，離人們的生活越來越近，因此需要更好地了解此技術(shù)。本文基于TI公司DM642芯片的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地介紹了圖像處理的全過程，讓讀者能更快更好地掌握和應(yīng)用。
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