PCI总线和DSP芯片的图像处理平台的硬件设计.doc

PCI总线和DSP芯片的图像处理平台的硬件设计摘要：介绍了基于PCI专用芯片S5933和DSP芯片TMS320C32图像处理平台的硬件设计。该平台使用专用视频输入处理芯片SAA7113和CPLD实现了高速连续的视频帧采集，满足了后继图像处理的需要。该平台既能够作为视频图像采集使用，也能够进行视频压缩、匹配等图像处理的算法验证，并具有使用灵活的特点。关键词：数字信号处理芯片视频采集图像处理随着运算机、多媒体和数据通信技术的高速进展，数字图像技术近年来得到了极大的重视和长足的进展，并在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐、治理和通信等方面取得了广泛的应用。同时，人们对运算机视频应用的要求也越来越高，从而使得高速、便利、智能化的高性能数字图像处理设备成为以后视频设备的进展方向，这必定要求产生相适应的新理论、新方法和新算法。为了在利用这些新技术的过程中检验其可行性，研制了基于ＰＣＩ总线和ＤＳＰ芯片的图像处理平台，该图像处理平台是利用ＰＨＩＬＩＰＳ公司的视频输入处理器ＳＡＡ７１１３、ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ３２高速浮点ＤＳＰ和ＡＭＣＣ公司的Ｓ５９３３ＰＣＩ总线接口芯片搭建的。利用高速的ＰＣＩ总线和功能强大的ＤＳＰ芯片，能够进行视频压缩、图像检测、视觉定位等算法研究。１系统功能概述按照实际应用需要，该系统的要紧功能有：（１）能够在不同输入制式ＰＡＬ和ＮＴＳＣ之间进行自动切换和处理。（２）能利用采集到的ＹＵＶ图像信号数据进行压缩算法的验证，或转换成灰度图像数据、ＲＧＢ格式图像数据等进行检测、定位等算法的检验。（３）能将处理后的数据通过ＰＣＩ接口交给上层系统（ＰＣ机）储存或进行进一步验证处理。（４）系统具有软件修改、升级功能和灵活性，便于算法的改进验证。系统的设计难点要紧是如何实现系统数据的高速传输。图像数据由专用集成视频解码器ＳＡＡ７１１３采集，经Ａ／Ｄ转换处理后传输到ＤＳＰ；再经ＤＳＰ处理后通过ＰＣＩ接口传输到ＰＣ机。如何实现ＳＡＡ７１１３与ＤＳＰ之间和ＤＳＰ与Ｓ５９３３之间的高效率数据通信是解决那个咨询题的关键。通过分析研究，在ＳＡＡ７１１３与ＤＳＰ之间采纳ＣＰＬＤ操纵的两帧轮换方式，实现图像的隔行信号变逐行信号以及采集和处理的同步进行；在ＤＳＰ与Ｓ５９３３之间采纳ＤＭＡ传输方式，实现数据流在系统中的高速传输，以满足图像处理要求。２系统的硬件设计整个系统由视频解码器、ＤＳＰ和ＰＣＩ总线专用芯片组成。系统框图如图１所示。ＤＳＰ芯片采纳ＴＭＳ３２０Ｃ３２，该芯片是在ＴＭＳ３２０Ｃ３０的基础上简化而来的，含有ＴＭＳ３２０Ｃ３０ＣＰＵ核心。它增加了一些常用的功能部件，使程序引导功能、串行接口传输和储备器均可支持８、１６、３２位的数据。它可产生边沿中断和电平中断，可由用户编程设定中断向量表的地址，具有空等待和低功耗两种电源治理方式。它具有两个ＤＭＡ通道，功能强大的外部储备器接口既能够满足视频解码接口８位数据的要求，也能够实现ＰＣＩ接口３２位数据的的高速数据传输。ＴＭＳ３２０Ｃ３２灵活的程序加载能够实现在系统编程。ＰＣＩ总线专用接口芯片采纳Ｓ５９３３，它是一种功能强且使用灵活的ＰＣＩ总线操纵器专用芯片，该芯片符合ＰＣＩ局部总线规范２．１版本，既可作为ＰＣＩ总线目标设备，实现差不多的传送要求；也可作为ＰＣＩ总线主控设备，访咨询其它ＰＣＩ总线设备。Ｓ５９３３的峰值传送速率为１３２Ｍｂｐｓ(３２位ＰＣＩ数据线)。Ｓ５９３３提供了３个物理总线接口：ＰＣＩ总线接口、外加总线接口（ＡＤＤ－ＯＮＢＵＳ）；可选的ＮＶ储备器接口。用户可按照需要设计Ｓ５９３３与外加总线接口相连接的逻辑电路和配置空间的初始化，而不必考虑ＰＣＩ总线规范众多的协议，从而将复杂的ＰＣＩ总线接口关系转化为简单的８／１６／３２位外加总线（ＡＤＤ－ＯＮＢＵＳ）接口关系。Ｓ５９３３芯片功能框图如图２所示。ＰＣＩ总线与外加总线之间的数据传输能够通过内部先入先出储备器（ＦＩＦＯ）、邮箱寄存器（Ｍａｉｌｂｏｘ）和数据直传通道（Ｐａｓｓ－Ｔｈｒｕ）三种通道进行。各通道都包括两组寄存器以分不完成ＰＣＩ总线和ＡＤＤ－ＯＮ总线接口双向数据传输，为使用者提供较为宽松而灵活的设计空间。可编程视频解码芯片采纳ＳＡＡ７１１３；该芯片是可编程视频处理芯片，采纳ＣＭＯＳ工艺。通过简单的Ｉ２Ｃ总线能够对事实上现编程操纵；内部包含两路模拟处理通道，能实现视频源的选择、抗混叠（去假频）滤波、模／数变换、自动嵌位、自动增益操纵、时钟产生、多制式（ＰＡＬＢＧＨＩ、ＰＡＬＭ、ＰＡＬＮ、ＮＴＳＣＭ和ＮＴＳＣＮ）解码及亮度、对比度和饱和度操纵。本系统采纳软件模拟Ｉ２Ｃ总线的操纵方式，通过ＤＳＰ的多功能口实现ＤＳＰ对ＳＡＡ７１１３的初始化等操纵；按照ＳＡＡ７１１３输出的同步脉冲，通过使用可编程器件ＣＰＬＤ，产生图像帧储备器的地址信号、读写