1 数字图像处理系统概述
1.1 系统结构
图像处理系统以DM642高性能通用DSP芯片为核心。图l为系统框图。
1.2 DM642芯片的特点
一般的数字信号处理器(DSP)芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP指令,在视频和图像处理中得到广泛应用;采用的超长指令字(VLIW)体系结构由多个并行运行的执行单元组成,这些单元在单个周期内可执行多条指令,并行是获得高性能的关键。DM642是目前DSP芯片性能最高的产品,除了有更高的时钟频率外,还扩展了许多新的指令,增加了额外的数据通道,寄存器的数量也增加了一倍。这些扩展使得CPU可以在一个时钟周期内处理更多的数据,从而获得更高的运算性能。
DM642芯片集成了各种片内外设,使得开发视频和图像领域的应用更为方便。它带有三个可配置的视频端口,提供与视频输入、视频输出以及码流输入的无缝接口。这些视频端口支持许多格式的视频输入/输出,包括BT.656、HDTV Y/C、RGB以及MPEG-2码流的输入。利用IDM642开发视频编码器/解码器,其视频输入/输出部分只需要一块视频采集芯片/显示芯片即可,如Phillips的SAA7115/SAA7105,无需外加逻辑控制电路和FIFO缓存,使硬件系统更为简单和稳定。
2 系统硬件设计
2.1 视频采集电路
本系统采用的视频解码芯片是Philips公司的SAA7115。从模拟视频输入口输入的全电视信号在SAN7115内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后,在YUV到YCrCb的转换电路中转换成BT.656视频数据流,输入到压缩核心单元DM642中。SAA7115内部寄存器参数的配置和状态的读出通过I2C总线进行。视频采集接口的原理如图2所示。
2.2 视频端口电路
在本系统中,提供了三个视频端口(VP0、VPl、VP2),它们与公共视频解码器和视频编码器物理相接。同时相应地提供了三个可配置的VP0、VPl、VP2通道,它们与公共视频解码器和视频编码器无缝连接。其中VP0和VPl通道配置为8位BT.656作为视频输入口,用于接收来自SAA7115采集的视频信号;VP2通道相应也配置为8位BT.656作为视频输出口,用于给SAA7105发送视频信号。视频数据的行/场同步信号包含在BT.656数字视频数据流的EAV和SAV时基信号中,视频端口只需视频时钟和使能信号即可。
2.3 扩展存储器电路
DM642内部有16KB的一级程序缓存,16KB的一级数据缓存和256KB的程序数据共享二级缓存。但这对于直接处理图象数据是不够的,因此扩展了两片32MB的SDRAM来存放原始图像数据,4MB的FLASH来存放应用程序。二者都映射到DM642的外部数据空间。
2.4 视频显示电路
本系统采用的视频编码芯片是Philips公司的SAN7105,它跟SAA7115芯片的功能正好相反。它接受来自VP2通道配置的8位BT.656视频信号,经过SAA 7115内部的YCrCb到YUV的转换电路、YUV合成电路、D/A转换、钳位等变成全电视信号的模拟视频信号,输出到显示器。SAA7105内部寄存器参数的配置和状态的读出通过I2C总线进行。视频显示接口的原理如图4所示。
3 系统软件工作流程设计
首先DSP通过上电初始化并对其加载程序;DSP开始执行编码程序,从视频端口获取实时采集的视频,如图l所示。SAA7115输出BT.656格式的数字视频,作为DM642VPORT的输入,VPORT输出YUV(4:2:0)格式的图像,作为编码程序的输入;DSP完成一帧图像的编码,通过帧标记判断触发存储事件。图像处理程序通过调用存储空间的图像数据进行各种处理。然后通过调用解码程序把视频数据传送到SAA7105进行视频的播放。系统工作流程如图5。
4 结论
由于信息社会的高速发展,数字图像处理技术日益变得更加成熟,离人们的生活越来越近,因此需要更好地了解此技术。本文基于TI公司DM642芯片的基础上,详细地介绍了图像处理的全过程,让读者能更快更好地掌握和应用。
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