随着数字化技术不断发展和完善,数字图像处理技术已广泛应用于工业、军事、生物医疗、电信等领域。实际应用中能够运行复杂灵活的图像处理算法和大数据量的数据传输处理能力成为图像处理平台稳定运行的前提,而系统实时性、体积、功耗等因素也至关重要。传统数字图像处理平台大多采用通用PC机、高速图像采集卡和基于VC++的软件平台来实现,但很难满足当前对系统体积、功耗和实时性要求。因此这里提出的基于DSP和FPGA的通用图像处理平台,充分发挥FPGA灵活性强和DSP运算速度快、寻址方式灵活的优点,更好地提高图像处理系统的集成度,降低系统功耗,并满足实时性要求。
1高速图像处理平台的工作原理
为实现高速图像的实时处理,该系统采用DSP和FPGA线性流水线阵列结构,将FPGA可在通用接口设计和简单信号处理等方面的优点与DSP的快速数字信号处理能力相结合,充分发挥这两者的优点。该系统主要由DSP和FPGA的子系统构成,为保证大量图像数据流快速稳定通讯,DSP与FPGA间通过外扩的SDRAM实现大容量数据交换。DSP子系统则实现较为复杂的图像处理算法,并提供图像存储功能。而FPGA子系统完成CCD传感器图像数据的预处理以及微控制器通用接口功能。
系统结构原理图如图1所示。CCD传感器输入的图像数据经FPGA预处理后,将数据传送至DSP,DSP对输入数据进行实时图像处理,并将处理后的图像通过EMIF接口发送并保存至外扩SDRAM。同样,FPGA也能够读取外扩SDRAM的图像数据,通过VGA接口实时显示。对于少量数据流,如系统参数或图像数据传输的起止信息等,则通过SPI接口实现。DSP子系统内部扩展有SD卡接口和USB主机接口,主要用于图像数据的存储和传输等。FPGA子系统外扩的主要接口包括:I2C、SPI、UART、PS/2和VGA等接口,用于系统升级和调试,提高系统通用性。
2系统硬件结构设计
系统硬件设计采用模块化设计思想,将整个系统分为DSP子系统和FPGA子系统。这两者间的数据交换通过双端口RAM方式实现。