基于TMS320C6202DSP的实时数字图像处理系统的设计
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目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1图像处理的研究背景 (1)1.2图像处理国内外研究现状 (2)1.3 图像处理研究内容及意义 (4)1.3.1图像处理研究内容 (4)1.3.2本文的研究意义 (5)1.4 小结 (6)2 基于DSP的开发系统 (7)2.1 DSP系统简介 (7)2.2 DSP芯片 (7)2.2.1 DSP芯片的基本结构 (8)2.2.2 DSP芯片的种类 (8)2.2.3世界主要的DSP芯片制造公司及其产品 (9)2.2.4 DSP发展现状及应用简介 (10)2.2.5 DSP技术展望 (12)2.3 DSP芯片的特点 (12)2.4图像处理中DSP芯片的选择 (15)2.5基于DSP的图像处理系统 (16)3 CCS开发环境的应用与仿真 (17)3.1 CCS的安裝及简介 (17)3.1.1 CCS简介 (17)3.1.2 CCS的安装使用 (19)3.1.3 CCS的配置与使用 (21)3.2仿真处理分析 (22)4基于DSP的图像处理 (24)4.1图像处理的基本概念 (24)4.2图像处理的硬件系统 (24)4.2.1 TMS320C6000 DSP芯片的硬件系统 (24)4.2.2 TMS320C6000的硬件结构简介 (26)4.2.3试验平台评估 (28)4.3基于DSP的图像处理实现 (29)4.3.1图像直方图统计 (29)4.3.2数字图像边缘检测sobel 算子 (30)4.3.3数字图像锐化laplace 算子 (32)4.3.4图像取反 (35)4.3.5数字图像直方图均衡化增强 (36)4.4试验及结果分析 (37)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)1绪论1.1图像处理的研究背景数字图像处理又称为计算机图像处理在国外最早出现于20世纪50年代,当时的电子计算机已经发展到一定水平,人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。
收稿日期:2004-03-07;修回日期:2004-08-18。
作者简介:李正周(1974-),男,博士研究生,主要研究方向为信号处理,目标识别与跟踪以及DSP 应用。
基于TMS320C6201DSP 的实时弱小目标检测系统设计李正周,李维雅,董能力,金 钢(中国科学院光电技术研究所,四川成都610209)摘 要:为解决电视跟踪系统中弱小目标检测算法复杂性和系统实时性之间矛盾,设计了以T MS320C6201数字信号处理器(DSP )为核心处理器、基于现场可编程门阵列(FPG A )和PCI 总线的实时目标检测处理平台。
重点介绍了该平台的基本组成与工作原理。
针对弱小运动目标的特点,采用了一种基于灰值形态学滤波和运动关联的检测方法来检验该平台性能。
实测结果表明该平台满足电视跟踪系统的实时性要求。
关键词:弱小运动目标;数字信号处理器;现场可缩程门阵列;运动关联中图分类号:T N941.1 文献标识码:ADesign of real 2time hardw are system based on TMS320C6201DSPfor detecting a small dim targetLI Zheng 2zhou ,LI Wei 2ya ,DONG Neng 2li ,J I N G ang(Institute o f Optics and Electronics ,Chinese Academy o f Sciences ,Chengdu 610209,China )Abstract :In view of the con flict between alg orithm ’s com plexity and the real 2time property in the T V tracking system ,a platform is designed to detect small dim targets in real time.The platform is based on T MS320C6201digital signal process or (DSP ),field programmable gate arrays (FPG A )and PCI Bus.The basic com ponents and w orking principle are introduced.According to the characters of the small dim m oving target ,a meth od based on m orph ology and m otion ass ociation is applied to the platform to verify its performance.The experimental result indicates that the platform satis fies the real 2time requirement of the T V tracking system.K ey w ords :small dim m oving target ;digital signal process or ;field programmable gate arrays ;m otion ass ociation1 引 言强杂波背景下低信噪比、低对比度空间弱小运动目标的提取、识别是捕获、跟踪和瞄准(ATP )系统的关键技术之一,同时也是制约系统性能提升的难点问题[1]。
基于TMS320C6202的嵌入式系统实时软件模块设计
冷何英;王敬儒
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2003(025)002
【摘要】首先介绍了DSP嵌入式系统的基本概念、显著技术特性以及C6000的软件编程环境和特点.再从工程和系统的角度出发,在设计一个实用高速DSP嵌入式系统--基于TMS320C6202的实时多目标识别跟踪平台的基础上,详细介绍了该系统的软件体系结构和开发流程,进行了实时模块设计.并总结了在实际系统软硬件集成实验过程中的若干编程技巧和要点.
【总页数】4页(P250-253)
【作者】冷何英;王敬儒
【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209;中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
【正文语种】中文
【中图分类】TP271
【相关文献】
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儒;张启衡;张覃平
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T MS320C6201数字信号处理器在图像处理中的应用上海交通大学(200030) 徐 盛 陈 健摘 要:介绍了多处理单元数字信号处理器T MS320C6201的硬件结构和软件资源,并且设计了一种基于T MS320C6201的图像处理系统。
关键词:数字信号处理器(DSP) 图像处理 当前,在诸如模式识别、压缩编码等图像处理中,由于处理的数据量大、算法复杂度高,因此处理的实时性往往成为困扰技术人员的难题。
如果采用专用芯片组实现,虽然实时性得到保证,但系统的灵活度大大降低了。
为此,寻求一种高速的通用数字信号处理芯片成为解决问题的唯一途径。
最近,TI公司推出了最新的含多处理单元的C6x系列数字信号处理芯片,其中最有代表性的是C6201定点处理器。
该处理器可采用50MH z或100MH z的工作频率,经内部倍频后升至200MH z,每秒可完成116G次操作。
T MS320C6201有532只管脚,采用BG AP封装,工作温度为0~90°C。
其内部含有具备超长指令字处理能力的CPU和8个功能单元,故而它可在一个时钟周期内执行8条指令,芯片运算能力显著提高,再加之其良好的外部RAM接口和16Bit的主机接口以及四通道的DM A功能,就使其成为高速运算的首选芯片。
1 硬件结构T MS320C6201处理器硬件资源丰富,主要由三大部分组成:CPU、外围设备和存储器。
其结构框图如图1。
C6201的地址总线为32位,寻址范围达到4G B,存储器空间可分为四部分:片内程序空间(包括C ache)、片内数据空间、外部存储空间和内部外围设备空间。
可通过对五个BOOT M ODE引脚的设置灵活设定各空间的地址范围。
片内数据R AM包括四个8K316的块,这些块交织组织在一起,使得CP U可同时访问数据R AM的两个不同块而不会发生图8 AD1868与NPC S M5818AP数字滤波器接口(接上页)电源供电的,随着电池电压的下降,AD1868的功耗也随之降低,这就延长了电池的使用寿命,所以AD1868特别适用于电池供电系统。
文章编号 10042924X(2003)0520497205基于TMS320C6202DSP的实时数字图像处理系统的设计朱 明1,鲁剑锋1,赵 建1,秦于华2(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022;2.长春理工大学,吉林长春130021)摘要:应用高性能数字信号处理器TMS320C6202作为核心,结合大规模可编程逻辑阵列CPLD进行逻辑控制和现场可编程门阵列FPG A对采集的视频数字图像进行预处理,实现了视频图像的采集和图像目标的实时数字图像处理。
重点介绍了该实时数字图像处理系统的硬件组成,工作原理和图像处理算法的应用。
关 键 词:数字信号处理器;数字图像处理;自动目标识别中图分类号:TP391.41 文献标识码:ADesign of real2time digital im age processing system basedon digital signal processor TMS320C6202ZHU Ming1,L U Jian2feng1,ZHAO Jian1,Q IN Yu2hua2(1.Changchun Instit ute of O ptics,Fi ne Mechanics and Physics,Chi nese A cadem y of Sciences,Changchun130022,Chi na;2.Changchun U niversity of Science and Technology,Changchun130021,Chi na)Abstract:Acquisition and real2time digital processing of images is realized by using high2performance digital signal processor TMS320C6202as the core,large2scale programmable logical array CPLD for logic control, and field programmable grate array FP G A for preprocessing of images.The hardware composition of and the theory behind the real2time digital image processing system,and the application of the image processing algorithm are discussed in detail.K ey w ords:digital signal processor;digital image processing;automatic target recognition1 引 言 自动目标识别系统(A TR)的主要算法包括图像数据的预处理、图像分割、目标检测、特征计算、相关匹配、识别和归类、运动分析、目标跟踪、瞄准点选择等。
目的是要实现这些功能的实时性,并应用于动态战术环境。
文献[122]分别研究了基于差值图像的跟踪系统;文献[3]研究了基于图像特征匹配的系统;文献[4]介绍了美陆军白沙靶场的实时电视跟踪系统,这些系统代表了近年来国内外电视跟踪测量系统的基本类型和主要研究成果。
目前这些算法的研究,既有基于对以往算法的改进,同时也致力于新算法的产生,尤其 收稿日期:2003203216;修订日期:2003208219. 第11卷 第5期2003年10月 光学精密工程 Optics and Precision Engineering Vol.11 No.5 Oct.2003是将相关领域的研究成果应用进来,例如人工智能、并行处理等技术,这就大大推动了自动目标识别技术的发展[4],从而在软件上借助算法的改进和新算法的提出,同时在硬件上借助高速数字信号处理器的开发和换代,使实时条件下实现目标的检测、提取、识别、跟踪技术不仅成为可能,而且使准确性更高,实时性更强。
由于数字处理器件,如高速模数转换器件(A/D )、数字信号处理器(DSP )芯片等的发展,处理方法己从简单的模拟处理进入数字处理阶段,各种新的数字信号处理方法得到广泛应用。
数字处理方法的优点是精度高,但如进行全视场的搜索处理,实时性则很难满足。
近年来国内外视频实时数字图像处理系统在目标实时检测方面,出现了高度并行的图像处理方法,如英国INMOS 公司1985年首次推出32位具有独特网络性能的Transputer 芯片,揭开了研究高速并行数字图像处理系统的序幕[5],此后陆续出现了更高性能的微处理器。
所用的数字信号处理器从TMS32010,TMS 320C 25,TMS320F 206,TMS320C80到目前的TMS320C6000系列,不断地进行升级换代。
着重从硬件设计的角度,介绍了采用数字信号处理器TMS320C6202的实时数字图像处理系统的构成和算法的应用。
2 实时数字图像处理系统硬件构成 本系统主要由数字信号处理器TMS320C6202为核心,结合可编程逻辑器件CPLD 和现场可编程门阵列FP G A ,构成的实时数字图像处理系统。
其原理框图如图1所示。
图1 数字图像处理系统硬件框图Fig.1 Hardware block diagram of the digital image pro 2cessing system 其主要功能模块有视频信号处理单元、高速模数变换单元、数字处理单元、数字图像存储器单元、数据分析处理单元、数据通讯接口单元、同步和叠加显示单元。
该实时数字图像处理系统的工作原理是由摄像机输出的视频信号经嵌位、放大、滤波等预处理电路,再通过高速模数转换器转换为8位数字信号输出。
同时同步机对输入的视频信号进行行场同步分离,驱动地址发生器产生数字图像数据的存储地址,数字图像数据在跟踪窗口的范围内依照地址产生器的地址按照顺序存入图像采集存储器。
闪存FLASH 用作存放开机自举的程序机器码以及有关参数数据。
SDRAM 是容量为512K ×32bit ×4bank 的同步动态存储器,该存储器可用作存储以DMA 方式从双端口存储器RAM 传输过来的数字图像数据。
数字信号处理器TMS320C6202执行芯片内的程序存储区的程序,对数字图像数据进行处理,与主机进行数据通讯等工作。
由高速数字信号处理器TMS320C6202和数字图像存储器组成的图像数据分析处理单元对目标信号做各种图像数据分析处理,串口部分的作用是实现与主机的数据中转传输。
处理窗口电路的作用是根据处理窗口数据形成显示窗口和采集窗口。
显示窗口送至视频复合电路供显示和指示跟踪效果用;采集窗口为场采集窗口和行采集窗口,可用作选通或形成图像数据的存储地址。
视频复合电路的作用是将显示窗口、电十字线、字符和图像信号叠加起来,供监视器显示。
2.1 TMS320C6202处理器简介TMS320C6000系列数字信号处理器是美国TI 公司于1997年推出的高端系列的数字信号处理器。
其中TMS320C6202这种芯片是定点芯片,选用的型号为TMS320C6202G JL -250,指令周期为4ns ,具有超长指令字处理能力。
其内部有8个并行处理单元,8条指令组成一个指令包,一个指令包的总字长为256位。
它可在一个时钟周期内并行执行8条指令。
这种高速高性能的数字信号处理器通过片内的锁相环路(PLL )将输入时钟频率倍频,可达250MHz 。
最大处理能力的理论值可达到8×250MHz =2000M IPs (每秒执行指令)。
C6202的8个独立功能单元中有两个16bit 乘法器和6个算术逻辑单元。
C6202的存储器数据宽度为32bit ,芯片内部集成了128K 2894光学 精密工程 第11卷Byte的片内数据RAM和256K2Byte的片内程序RAM。
C6202内部的4通道DMA协处理器可用于数据的DMA传输。
C6202还具有3个McBSP (多通道缓冲串口),它不仅可完成标准串口的全双工串行通信,还支持多种通信协议下的直接接口。
C6202还具有一个32位宽的扩展总线,支持与异步外设、异步/同步FIFO、PCI桥以及外部主控处理器等的接口。
2.2 外部存储器接口设计外部存储器接口EM IF(External Memory In2 terface)是外部存储器和C6000片内其他单元间的接口,CPU访问片外存储器时必须通过外部存储器接口EM IF。
C6000系列数字信号处理器的EM IF具有很强的接口能力,其数据总线宽度为32bit,可寻址范围为64Mb,分为4个寻址空间CE02CE3,每个CE寻址空间彼此独立,可以进行不同的访问控制;同时也提供对8/16位存储器的读写支持;既提供了同步存储器的高吞吐率接口,也支持低速RAM的存储接口,可以与目前几乎所有类型的存储器直接接口,EM IF支持的器件类型包括:・同步突发静态RAM(SBSRAM),读写速度可达1×或1/2×CPU时钟。
・同步动态RAM(SDRAM),接口速度为1/2×CPU时钟。
・异步器件,包括异步SRAM、ROM、和FLASH等。
异步接口速度、时序可编程,以配合不同的器件。
存储器的设计首先要考虑存储器的速度、类型、容量是否能满足运算要求以及性价比。
本系统采集的是灰度图像,要求能够存储两场图像,每场图像按照512×256×8bit点计算,需要256K ×8bit,本系统采用了1片SDRAM用来在算法运算过程中对图像数据的缓存,占用CE2存储空间。
C6000系列数字信号处理器的EM IF提供了对SDRAM的直接支持,所以接口十分方便。
异步存储器接口选用了1片双端口RAM(型号为ID T7132)作为图像数据从FP G A到DSP之间的传输,ID T7132容量为2K×8bit,通过对DMA 控制寄存器的设定,图像数据以DMA方式向DSP传输。
选用了1片闪存FLASH(型号为AM29LV800))作为程序存储器。
C6000系列数字信号处理器提供了一系列的外部管脚,完成芯片的状态设置,这些设置项称为自举设置项(Boot Configuration),决定芯片在复位后执行初始化操作的内容,所有设置项通过上电复位后检查设置管脚BOO TMODE[4∶0]的状态,自举逻辑开始生效。
C6202利用扩展总线的XD[4∶0]作为BOO TMODE[4∶0]信号。
本系统设置存储器映射方式为MAP1,SDRAM占用CE2空间,双端口RAM占用CE3空间,闪存FLASH占用CE1空间,上电后程序从闪存FLASH以DMA方式自举到内部程序RAM当中,应用程序在内部程序RAM全速运行。