基于DSP的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)
郭棟 王志良 李正熙 張永忠
引言
本文設(shè)計(jì)了基于TMS320C6000系列DSP的MPEG-4編碼器。將攝像頭獲取的圖像以MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮并通過(guò)VGA實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)把壓縮好的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線傳輸給ARM控制器，經(jīng)由ARM根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。
MPEG-4是一種開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，其中許多部分都沒(méi)有規(guī)定，可以加入一些新的算法，因此采用通用DSP能夠隨時(shí)更新算法、優(yōu)化算法，使得編碼效率更高。由于MPEG-4編碼算法復(fù)雜，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大，無(wú)論是存儲(chǔ)空間分配、數(shù)據(jù)傳輸還是運(yùn)算速度對(duì)DSP來(lái)說(shuō)都是挑戰(zhàn)。
C6000系列DSP是TI公司生產(chǎn)的高檔DSP。這一系列DSP都是基VelociTITM構(gòu)架的VLIWDSP，它在每個(gè)周期可以執(zhí)行八條32bit的指令，具有高達(dá)200MHZ的CPU，從而使得其運(yùn)算能力達(dá)到1600MIPS。而6416在600MHz主頻下，只利用50%的運(yùn)算能力就可以同時(shí)進(jìn)行單通道MPEG-4視頻編碼、單通道MPEG-4視頻解碼和單通道MPEG-2視頻編碼的處理。同時(shí)其對(duì)外接口靈活、開(kāi)發(fā)工具齊全，被大多數(shù)嵌入式圖像實(shí)時(shí)壓縮系統(tǒng)所采用。因此本系統(tǒng)采用TI公司TMS320C6416芯片為核心處理器。
1．TMS320C6416的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
DSP的CPU結(jié)構(gòu)如圖1所示，它具有兩個(gè)通道，每個(gè)通道具有4個(gè)功能單元（1個(gè)乘法器和3個(gè)算術(shù)邏輯單元），16個(gè)32位通用寄存器，每個(gè)通道的功能單元可以隨意訪問(wèn)本通道的寄存器。CPU還有兩個(gè)交叉單元，通過(guò)它們，一個(gè)通道的功能單元可以訪問(wèn)另一個(gè)通道的寄存器。另外，CPU還具有256bit寬的數(shù)據(jù)和程序通道，可以使程序存儲(chǔ)器在每個(gè)時(shí)鐘周期提供8條并行執(zhí)行指令。這種CPU結(jié)構(gòu)是DSP具有VLIW結(jié)構(gòu)的最基本條件。此DSP的存儲(chǔ)空間映射為內(nèi)部存儲(chǔ)器、內(nèi)部外設(shè)及擴(kuò)展存儲(chǔ)器。其中內(nèi)部存儲(chǔ)器由64KB內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器可以映射到CPU地址空間或者作為Cache操作。內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可通過(guò)CPU、DMA或HPI（HostInteRFace）方式訪問(wèn)，HPI接口使上位機(jī)可以訪問(wèn)DSP的存儲(chǔ)空間。
2．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要分為三部分，分別是視頻采集模塊、視頻的MPEG-4編碼模塊和視頻傳輸模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
2.1視頻采集
在本系統(tǒng)中，對(duì)輸入的模擬視頻信號(hào)的采集是由BT835視頻Decoder完成的，支持的視頻輸入為PAL制或NTSC制式的標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號(hào)，輸入的視頻信號(hào)既可以是復(fù)合視頻信號(hào)，也可以是S-Video信號(hào)，輸出為4:2:2的YUV格式的圖像數(shù)據(jù)。
