数字信号处理的发展及其在图像处理中的应用.doc

数字信号处理的发展及其在图像处理中的应用
【摘要】本文主要介绍数字信号处理技术的概念和数字信号处理器DSP的发展，然后着重以目前TI公司的最新最高性能的DSP芯片TMS320C6416T为例介绍了在图像处理中的典型应用。
【关键词】数字信号处理器TMS320C6416T图像处理
【Abstract】Thepapermainlydescribestheconceptofthedigitalsignalprocessingandthedevelopmentofthedigitalsignalprocessor,andthentakesthehighestperformanceDSP-TMS320C6416Tasanexampletodiscussitsapplicationsintheimageprocessing.
【Keywords】digitalsignalprocessorTMS320C6416Timageprocessing
0.引言
数字信号处理技术（DigitalSignalProcessing）是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理技术，以实现提取信息和便于应用的目的。人们总是希望数字信号处理系统具有速度快、抗干扰能力强、灵活精确且造价低，这样就不可避免的对科研及工程技术人员提出了越来越高的期望和要求。
1.数字信号的特点
数字信号（DigitalSignal）是对模拟信号只在有限的时间点上取值，数值离散化后具有有限个电平的信号，这种信号非常适合计算机处理。数字信号包括确定性信号、平稳随机信号、一维及多维信号、单通道和多通道信号。
2.数字信号处理技术的发展
数字信号处理器（DSP）是一种高速专用的微处理器，其主要特点是：数学运算功能强大，资源丰富，高速输入输出以及高速率传输数据，专门处理以运算为主的实时信号处理。自上个世纪60年代提出数字信号处理技术以来，经历近十年的发展，产生了DSP理论和算法,在当时，把理论实际应用到实际研制出的数字信号系统则是由分立元件组成的，且主要应用于美国的军事、航天等关键部门，也就是数字信号处理器真正的诞生了。1982年，世界上首枚DSP芯片诞生于美国TI公司，在这二十六年中，随着各种先进技术的不断出现，促使其产品以每2~3年更新一代的速度迅猛地发展着，以目为例，TMS320C6416T是目前最高性能定点型DSP，它是基于第二代高性能先进的高速超长字指令结构（VelociTI.2TM）发展而成的，采用0.09μm加工工艺，边界扫描执行IEEE1149.1标准，核电压为1.2V，提供了64独立通道的EDMA数据传输总线，在1GHz时钟频率（时钟周期为1ns）下8位数据运算速度可达8000MIPS［1］，16位乘法运算速度可达4000MMACS［1］，而且每个时钟周期可支持8条32位指令并行执行。此外，芯片内部还提供了10路2Mbps或60路384Kbps的传输控制协议用来专门支持3GPP系统。通常一个DSP系统除了DSP芯片外，还需外接存储器。目前外部程序存储器一般可选用FLASHROM，如AT29LV系列，速度快，电可擦除。数据存储器可以考虑DRAM或SRAM，而双端口存储器适用于速度要求更高的场合，内部带有仲裁电路，可在两个端口同时实现数据的数据的输入和输出，隔离输入与输出设备，可以充分支持大规模数字信号处理场合，如数据运算量十分庞大的图像实时压缩处理、3GPP和3GPP2等。
3.数字信号处理的主要应用
随着半导体加工技术的不断发展，越来越多的模拟电路退出了历史舞台，数字化时代正以不可逆转之势充斥着人类的许多领域，数字信号处理技术以及DSP芯片已成为不可替代的决定系统性能优劣的基础性元件。比如有的系统要求较高性能：数字摄像机、IP视频电话、便携式媒体设备、机顶盒、流媒体、监视IP摄像机、视频基础设施、无线基础设施等；有的系统要求低功耗：如生物辨识、远程信息处理、因特网音频、组网、个人医疗设备、电信高频无线电和导航系统、无线调制解调器、便携式消费品等；还有的系统要求最优化的控制：如数字电源、嵌入式传感和测量、工业驱动产品、白色商品等。
3.1基于DSP的典型图像采集简易系统
目前，基于DSP的典型图像采集系统结构图，如图1所示：

图1简单图像采集系统结构图
此系统是将模拟摄像头CCD采集的图像经过视频A/D芯片转换后，有FPGA控制写入片外大容量帧存储器存储，然后经总线送到DSP芯片进行压缩处理，最后经PC机存储并输出图像。
3.2基于DSP的典型图像采集复杂系统
考虑到实际客户的越来越高的需求，如光谱范围较宽、要求图像数据无损实时压缩与传输、在某些特殊位置需要将图像数据无损实时压缩并进行存储在条件允许时将数据打包后传输给接收