基于DSP的数字图像处理系统的设计与实现.docx

基于DSP的数字图像处理系统的设计与实现文：杨文胜李梅时间：2008-10-717:20:49
安徽广电信息网络有限责任公司阜阳分公司
摘要：为满足高数据量图像处理需求，提出并设计了以TMS320DM642为处理器的数字图像处理硬件系统，并在DSP/BIOS上配以实时图像处理软件系统，实现数字图像处理。本文阐述了系统模块的构成、软件系统的设计，在此平台上，采集图像并运用优化算法对图像进行增强、分割、边缘检测，结果表明系统运行正常。
关键词：TMS320DM642图像处理DSP

一、引言
随着计算机科学技术发展和相关理论的不断完善，数字图像处理技术被广泛应用于可视电话、电视会议、监控系统、商用及工业生产领域中。在技术要求中，一个突出的问题就是数据量庞大、数据处理相关性高、实现实时比较困难。而实时性的主要因素为图像处理的速度，即要求数字图像处理系统要有强大的运算能力。高性能DSP的发展为实时的图像处理提供了一个解决方法。高速DSP不仅可以满足在运算性能方面的需要，而且由于DSP的可编程性，还可以在硬件一级获得系统设计的极大灵活性。
TI公司的TMS320DM642是一款专门面向多媒体应用的专用DSP。该DSP时钟高达600MHz，8个并行运算单元，处理能力达4800MIPS；采用二级缓存结构，具有64位外接存储器接口，兼容JTAG边界扫描，为了面向多媒体应用，还集成了3个可配置的视频端口。采用DM642为核心设计的数字图像处理系统，能够很好的满足图像处理要求。
二、系统硬件平台框架
系统的整体硬件框图如图1所示，整个系统是以TMS320DM642为核心构成的应用系统。包括DM642处理器芯片、视频编解码器芯片、其他外围电路。DM642通过I2C总线对视频编解码器进行配置，使其能够满足系统的需求；通过VP口接收和传送视频数据以及同步控制信号；通过EMIF总线实现外部存储器的扩展，SDRAM用于运行时的程序代码和数据的存储，FLASH用于系统引导程序的存储。

时钟模块方面，片内PLL输入时钟和EMIF外部输入时钟是DM642的两个重要时钟，为确保时钟的准确性均采用了有源晶振。其中PLL输入时钟为50MHz，通过对PLL倍频参数选择使DM642工作在600MHz主频。EMIF外部输入时钟为100MHz，此时钟由ICS512芯片提供。
外部存储器扩展方面，系统采用了2片MT48LC4M32B2-7SDRAM芯片，此芯片采用了同步接口方式（所有信号都在时钟信号的上升沿触发），与系统时钟同步运行。芯片内存颗粒的构架为1M×32×4banks，每个bank的行地址数目为12，列地址数目为8。DM642仅支持8位的ROM启动，因此本系统选用了8位数据线宽的AM29LV033C-90EIFlash存储器，映射到CE1低地址空间。由于CE1可寻址地址线位数（20根地址线）比Flash的地址线位数（22根地址线）要少，因此使用FPGA来创建2根地址线，把Flash分为4页，每页大小为1Mbytes。
协处理器FPGA与DM642数据线、地址线以及时钟信号线相连，为Flash提供2个分页信号。同时协处理器模块具有独立的供电模块和配置模块，以及仿真和程序烧写的端口，使系统具有硬件功能扩展性。
视频模块主要实现视频捕获和显示功能，即实现视频信息的编解码，如图2所示。

视频捕获模块中，DM642视频端口VP0和VP1与两片视频解码芯片TVP5150相连，实现视频捕获功能。DM642通过I2C总线对TVP5150进行参数配置，使其能够正常工作。TVP5150是TI公司推出的一款高性能视频解码器，可将NTSC/PAL/SE-CAM制式的视频信号转换成数字色差信号（YUV4：2：2）。它支持两个复合视频或一个S端输入，输出格式为ITU-RBT.656，使用TI专有技术锁住弱、嘈杂以及不稳定信号。视频捕获模块电路原理图如图3所示。

图3TVP5150电路原理图
视频显示模块中，TMS320DM642的视频端口VP2与视频编码芯片SAA7105相连，实现视频显示功能，可输出PAL/NTSC制式的复合视频信号、S端子视频信号和RGB视频信号。TMS320DM642通过I2C总线对SAA7105内部寄存器进行配置，从而实现不同类型视频信号的输出。SAA7105与TMS320DM642相连的电路原理图如图4所示。

系统通过单5V供电，在板子内部转换为1.4V、1.5V、1.8V和3.3V分别为DSP内核、FPGA内核、TVP5150、DSP的I/O和其他外设供电。DM642需要1.4V内核和3.3VI/O两种电压，芯片对两者的上电顺序没有特殊要求，只要保证两种电压上电前后不超过1秒即可。利用两个开关稳压电源芯片TPS54310来产生1.4V和3.3V，同时采用电源监