基于FPGA+DSP技术实时采集视频系统研究

摘 要：本文通过对基于FPGA+DSP技术实时采集视频系统的硬件、工作原理进行介绍，在此基础上对各个系统设计关键技术环节进行剖析，了解该系统具备通用性、集成度高、实时性这三个优势。

关键词：实施采集视频系统；工作原理；硬件

中图分类号：TN792；TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

由于在迅猛发展的科技背景下，更为广泛的在工农业生产、军事、医疗卫生、科研等领域应用数字化处理图像。视频信号拥有特别大的数据量，相对具备比较复杂的信号，这就使得应该具备实时采集视频处理信号系统，该系统所具备的特点是实时处理与大容量存储。以往实现传统数字图像处理系统相当一部分是借助于专用DSP、单片机或者是计算机加软件等。通过对这些采用的传统方法进行分析，或者是拥有比较慢处理速度，这就对当今现代处理图像系统的实时性要求无从谈及；或者是受到过强专业性的影响，这就限制系统应用。正是出于以上所做分析，那么在本文中开创性提到基于FPGA+DSP技术实时采集视频系统。

一、系统结构与原理

无论哪个处理视频图像系统要想完整，这不但应该实时显示图像，存在采集图像信号功能，还应该根据相应要求对分析与处理图像信号算法完成。往往这些算法具备特别大的运算量，这还应该对实时显示要求满足，针对这样的情况，系统数据处理核心的单元选取高速DSP芯片，这具备比较快的运算速度，拥有一定优势在复杂乘加运算处理，可是这对于设备复杂硬件逻辑控制特别难完成。仅仅借助于DSP或者是单片机对高速数据采集系统要求的同步性与实时性特别难满足。除此之外，系统在通用性满足的过程当中，还应该按照应用的不同与新处理方法的不断出现，这就应该为系统扩展与改进功能提供便利。按照这样的思路，整个系统处理与采集图像则选取的结构为FPGA+DSP的形式。DSP芯片就是处理信号是通过对通用的或者是专门数字信号处理的应用这样的数字计算方法，其优点是高可靠性、强抗干扰性、灵活、小体积、精确、快速处理等，这就能够对实时、精确、快速控制与处理信号要求有效满足。底层预处理信号算法在处理图像系统当中存在特别大的处理数据量，还具备比较高要求处理速度，可是拥有相对比较贱的算法结构，适用的范围则是FPDA实施硬件实现，这就可以对灵活性与速度两者共同兼顾。而分析高层处理算法就可以了解到，其处理数据量比较低层算法少，可是其算法存在特别复杂的控制结构其实现的使用范围则是DSP这样的超强通信机制、灵活寻址方式、快运算速度的芯片。

二、系统硬件环境设计

一是设计采集图像单元。在本系统当中通过先进CCD成像技术这样的采集图像系统，CCD能够把光信号向电信号进行转换，把模拟电信号实施A/D、滤波、放大前端解码芯片转变为数字格式图像信号。首先是针对器件地址与从地址的写操作，在此基础上将一个4BH进行发送，随后就能够实施接受数据操作，当结束传输数据的时候就会对终止信号发送。

二是设计处理图像单元。根据对系统进行分析，FPGA、存储设备、DSP这是处理图像单元的核心部分。DSP核心处理模块按照处理数据精度与实时性要求，这就必须选取DSP处理器则是TI公司的TMS320DM642浮点这种，其拥有改进的哈佛总线结构，其内部的高性能存储器拥有2.25M的容量，还具备一个64位总线扩展接口与一个外部存储器扩展接口实施存储器的异步与同步扩展。通过对先进的VLIW结构内核的使用，能够做到单周期发生多条指令，以便做到很高的指令级并行效率实现。设计TMS320DM642选取的频率则是600MHz，将50MHz的外部时钟提供给外部。为确保可以做到整个系统正常工作，那么采取的做法就是配置为乘以12的内部锁相环模式，以便对600NHz的时钟在内部获得，该部分属于整个系统的核心环节。该环节能够实施分析、分割以及滤波实时处理采集到的图像信号。系统通信则是借助于芯片上的HPI接口和主机实施，将主机控制命令予以接受，还做到将采样数据向主机传输。而在FPGA逻辑控制模块的设计过程当中，出于对部分复杂结构算法处理拥有特备强大的DSP功能，可是拥有相对比较弱的控制功能的影响，那么在采集高速数据的过程当中，FPGA时钟拥有比较高的频率，与此同时，内部时延小，那么在逻辑控制整个系统、预处理信号、A/D采样控制就能够使用FPGA。选取的方案就是FPGA的XC25300E。那么在设计DSP和FPGA的接口的过程当中，由于受到不管是DSP还是FPGA所具备的处理数据速度都显得特备高，怎么协调这两个器件的处理速度，往往就会对整体系统运行速度造成直接影响，而更为形象的提到这一问题就是FPGA究竟怎样接口DSP问题。处理这一问题的关键就是配置FPGA的片内RAM与选择TMS320DM642接口方式。HPI与EMIF这是主要的两者和外部存储器的接口方式。借助于TMS320DM642和SDRAM用EMIF的方式接口，这一就能够有机的连接FPGA与DSP。

三、结束语

总而言之，本文研究基于FPGA与DSP结构的处理图像系统，以便能够对视频输入是NTSC制式或者是PAL制的标准视频信号提供支持，这不仅可以动态处理与采集动态信息，还能够静态采集与处理图像。并且该系统借助于稳定性与应用性测试软硬件环境，其拥有的市场前景显得比较好。

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[作者简介]陈双良（1974-），男，贵州道真人，高级工程师，研究方向：电子信息。