基于DSP的微光视频图像实时处理研究

摘要

开展基于DSP的微光视频图像实时处理技术研究,在当代军用和民用领域都具有很大的理论意义和实用价值.采用DSP的微光视频图像处理器,为了解决图像处理的实时性,关键是要求DSP及其外围器件必须有高的处理速度和强大的功能.TI公司在2000年面向图像处理和通信领域应用推出的TMS320C64xx系列DSP芯片,主频为1.1GHz时,处理速度接近9000 MIPS(百万条指令/每秒),总体性能比TMS320C62xx高出了10~15倍.可见将TMS320C64xx用于微光视频图像的处理,对提高系统的实时性、实现更加复杂的算法、降低系统的体积和功耗无疑具有重要的意义.本课题以抑制微光图像噪声、增强图像对比度为主要目标,重点对微光图像实时处理系统中DSP的软件开发进行了研究.在分析微光图像特点的基础上,针对微光图像噪声大、对比度低的特点,结合TMS320C64xx系列DSP的特点,以提高处理速度为目标,提出了改进的3×3中值滤波算法和超快速中值滤波算法.在研究TMS320C64xx的软件编程和代码优化的基础上,实现了改进的3×3中值滤波算法、改进的5×5超快速中值滤波算法和直方图均衡算法,并对影响处理速度的关键代码进行了优化,取得了很好的效果.在实时图像处理中,图像数据的传输常常是系统性能的一个瓶颈,为此应尽可能地使用直接存储器访问(DMA,Direct Memory Access)来传送块状数据,以缓解数据传输的压力.本课题使用EDMA(Enhance DMA)实现视频数据的输入输出,设计了双缓冲视频数据输入输出方案;使用QDMA(Quick DMA)实现外部存储器和内存缓冲区之间的图像数据传输,设计了一组图像数据管理函数对QDMA传输请求进行封装,方便了程序的开发、维护和调试.本文最后对基于实时操作系统DSP/BIOS的程序开发进行了研究.TI推出的DSP/BIOS是为开发者量身定做的一个优秀软件平台.本课题在该软件平台上实现了外部硬件中断的仿真、视频数据输入输出EDMA传输的仿真,并进行了微光图像增强算法的改进及优化效果分析,其结果是满意的.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1基于DSP的微光视频图像处理系统的研究背景

1.2基于DSP的微光视频图像实时处理的研究现状

1.3研究基于DSP的微光视频图像实时处理的意义

1.4本课题的主要研究内容

第2章DSP软件设计流程以及开发环境

2.1TMS320C6000系列DSP简介

2.2 TMS320C6000软件开发流程

2.3集成开发环境CCS(Code Composer Studio)

2.3.1软件仿真器(Simulator)

2.3.2实时操作系统DSP/BIOS

第3章基于TMS320C6416的微光视频处理系统概要

3.1微光视频处理系统硬件方案设计

3.2微光视频图像处理DSP系统的软件构成

第4章微光图像增强处理算法的优化实现

4.1微光视频图像的特点

4.2微光图像去噪处理

4.2.1帧积分法

4.2.2邻域平均法

4.2.3中值滤波

4.2.4一种3×3中值滤波算法的改进与实现

4.2.5超快速中值滤波算法的改进与优化实现

4.3微光图像对比度增强

4.3.1灰度变换

4.3.2直方图均衡化

4.4本章小结

第5章图像数据传输设计

5.1 DSP系统中的两种图像数据传输

5.2 TMS320C64XX的EDMA控制器结构和原理

5.2.1 EDMA控制器的结构

5.2.2多组EDMA参数的连接(linking)

5.2.3多个EDMA通道的链接(chaining)

5.2.4 QDMA

5.3输入FIFO、输出FIFO与SDRAM间的数据传输设计

5.3.1视频输入、输出ping-pong缓存方案

5.3.2 EDMA通道的同

5.3.3 EDMA传输的ping-pong切换

5.3.4 EDMA传输与CPU的同步

5.4内存与外存间的图像数据传输

5.4.1双缓冲方式

5.4.2滑动窗口机制

5.4.3滑动窗口机制的两种实现方案

5.4.4图像数据管理函数的实现

5.4.5图像数据管理函数的编程模式

5.5本章小结

第6章DSP的优化编程设计

6.1 TMS320C6000的程序开发流程

6.2 TMS320C6000的C语言编程及优化

6.2.1 TMS320C6000 C/C++编译器简介

6.2.2优化C语言程序

6.2.3一个C程序优化的例子

6.3通过线性汇编优化代码

6.4本章小结

第7章基于DSP/BIOS的程序实现

7.1实时操作系统DSP/BIOS概述

7.2 DSP/BIOS的程序开发过程

7.3 DSP/BIOS的线程调度

7.3.1 DSP/BIOS的线程类型

7.3.2线程类型的选择

7.4基于DSP/BIOS的硬件中断程序开发

7.4.1 DSP/BIOS硬件中断程序的开发工作

7.4.2 simulator中的外部中断仿真

7.5视频输入输出EDMA传输的仿真

7.5.1 simulator下的仿真措施

7.5.2仿真程序的组成及流程

7.6图像增强算法的改进及代码优化效果分析

7.7本章小结

第8章全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录 部分程序代码