基于FPGA+DSP技術實時采集視頻系統研究

摘 要：本文通過對基于FPGA+DSP技術實時采集視頻系統的硬件、工作原理進行介紹，在此基礎上對各個系統設計關鍵技術環節進行剖析，了解該系統具備通用性、集成度高、實時性這三個優勢。

關鍵詞：實施采集視頻系統；工作原理；硬件

中圖分類號：TN792；TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

由于在迅猛發展的科技背景下，更為廣泛的在工農業生產、軍事、醫療衛生、科研等領域應用數字化處理圖像。視頻信號擁有特別大的數據量，相對具備比較復雜的信號，這就使得應該具備實時采集視頻處理信號系統，該系統所具備的特點是實時處理與大容量存儲。以往實現傳統數字圖像處理系統相當一部分是借助于專用DSP、單片機或者是計算機加軟件等。通過對這些采用的傳統方法進行分析，或者是擁有比較慢處理速度，這就對當今現代處理圖像系統的實時性要求無從談及；或者是受到過強專業性的影響，這就限制系統應用。正是出于以上所做分析，那么在本文中開創性提到基于FPGA+DSP技術實時采集視頻系統。

一、系統結構與原理

無論哪個處理視頻圖像系統要想完整，這不但應該實時顯示圖像，存在采集圖像信號功能，還應該根據相應要求對分析與處理圖像信號算法完成。往往這些算法具備特別大的運算量，這還應該對實時顯示要求滿足，針對這樣的情況，系統數據處理核心的單元選取高速DSP芯片，這具備比較快的運算速度，擁有一定優勢在復雜乘加運算處理，可是這對于外圍設備復雜硬件邏輯控制特別難完成。僅僅借助于DSP或者是單片機對高速數據采集系統要求的同步性與實時性特別難滿足。除此之外，系統在通用性滿足的過程當中，還應該按照應用的不同與新處理方法的不斷出現，這就應該為系統擴展與改進功能提供便利。按照這樣的思路，整個系統處理與采集圖像則選取的結構為FPGA+DSP的形式。DSP芯片就是處理信號是通過對通用的或者是專門數字信號處理的應用這樣的數字計算方法，其優點是高可靠性、強抗干擾性、靈活、小體積、精確、快速處理等，這就能夠對實時、精確、快速控制與處理信號要求有效滿足。底層預處理信號算法在處理圖像系統當中存在特別大的處理數據量，還具備比較高要求處理速度，可是擁有相對比較賤的算法結構，適用的范圍則是FPDA實施硬件實現，這就可以對靈活性與速度兩者共同兼顧。而分析高層處理算法就可以了解到，其處理數據量比較低層算法少，可是其算法存在特別復雜的控制結構其實現的使用范圍則是DSP這樣的超強通信機制、靈活尋址方式、快運算速度的芯片。

二、系統硬件環境設計

一是設計采集圖像單元。在本系統當中通過先進CCD成像技術這樣的采集圖像系統，CCD能夠把光信號向電信號進行轉換，把模擬電信號實施A/D、濾波、放大前端解碼芯片轉變為數字格式圖像信號。首先是針對器件地址與從地址的寫操作，在此基礎上將一個4BH進行發送，隨后就能夠實施接受數據操作，當結束傳輸數據的時候就會對終止信號發送。

二是設計處理圖像單元。根據對系統進行分析，FPGA、外圍存儲設備、DSP這是處理圖像單元的核心部分。DSP核心處理模塊按照處理數據精度與實時性要求，這就必須選取DSP處理器則是TI公司的TMS320DM642浮點這種，其擁有改進的哈佛總線結構，其內部的高性能存儲器擁有2.25M的容量，還具備一個64位總線擴展接口與一個外部存儲器擴展接口實施存儲器的異步與同步擴展。通過對先進的VLIW結構內核的使用，能夠做到單周期發生多條指令，以便做到很高的指令級并行效率實現。設計TMS320DM642選取的頻率則是600MHz，將50MHz的外部時鐘提供給外部。為確?？梢宰龅秸麄€系統正常工作，那么采取的做法就是配置為乘以12的內部鎖相環模式，以便對600NHz的時鐘在內部獲得，該部分屬于整個系統的核心環節。該環節能夠實施分析、分割以及濾波實時處理采集到的圖像信號。系統通信則是借助于芯片上的HPI接口和主機實施，將主機控制命令予以接受，還做到將采樣數據向主機傳輸。而在FPGA邏輯控制模塊的設計過程當中，出于對部分復雜結構算法處理擁有特備強大的DSP功能，可是擁有相對比較弱的控制功能的影響，那么在采集高速數據的過程當中，FPGA時鐘擁有比較高的頻率，與此同時，內部時延小，那么在邏輯控制整個系統、預處理信號、A/D采樣控制就能夠使用FPGA。選取的方案就是FPGA的XC25300E。那么在設計DSP和FPGA的接口的過程當中，由于受到不管是DSP還是FPGA所具備的處理數據速度都顯得特備高，怎么協調這兩個器件的處理速度，往往就會對整體系統運行速度造成直接影響，而更為形象的提到這一問題就是FPGA究竟怎樣接口DSP問題。處理這一問題的關鍵就是配置FPGA的片內RAM與選擇TMS320DM642接口方式。HPI與EMIF這是主要的兩者和外部存儲器的接口方式。借助于TMS320DM642和SDRAM用EMIF的方式接口，這一就能夠有機的連接FPGA與DSP。

三、結束語

總而言之，本文研究基于FPGA與DSP結構的處理圖像系統，以便能夠對視頻輸入是NTSC制式或者是PAL制的標準視頻信號提供支持，這不僅可以動態處理與采集動態信息，還能夠靜態采集與處理圖像。并且該系統借助于穩定性與應用性測試軟硬件環境，其擁有的市場前景顯得比較好。

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[作者簡介]陳雙良（1974-），男，貴州道真人，高級工程師，研究方向：電子信息。