基于DSP+FPGA架构视频处理系统设计及其实现

摘要

数字视频和图像信号技术的研究，已历经半个世纪，在理论和工程上都取得了很多成果。 视频信号的研究和处理是当前信号处理的研究重点，本论文介绍了以TI高性能DSP(TMS320C6416)为核心处理器的视频实时图像处理系统的设计原理与组成，并基于DSP+FPGA架构实现了该视频处理系统。系统中DSP承担核心的视频图像处理任务，而FPGA则作为视频采集单元，预处理单元以及视频显示单元。DSP与FPGA的无缝接口带来了480MB／s的高数据吞吐量，合理利用了系统的带宽资源。DSP与FPGA之间加上总线开关，使系统在总线隔离状态下成为双核系统。双核系统的成功运作为系统完成更复杂的算法奠定了基础。系统DSP部分巧妙利用EDMA传输链机制，在无需CPU干预的情况下，完成了视频数据从FPGA到L2的缓冲加载；在合理支配L2资源的基础上，实现了目标识别的快速搜索程序；并最终完成了处理程序的Flash烧写，实现了代码从Flash到L2的二次bootloader。系统FPGA部分的SDRAM控制器出色完成了FPGA内存的管理；编解码控制器用于编解码芯片的配置；视频预处理模块实现帧差算法用于自动获取目标模板；PS／2控制器实现了鼠标的驱动；FIFO控制器合理解决了模块间时钟带宽的不匹配问题，实现视频数据的多路缓存；OSD视频叠加模块提供了人机交互，完成了处理结果的最终显示。 系统从视频采集、处理到视频显示的整个过程分别由DSP与FPGA来协同承担，充分考虑了它们各自优缺点，使系统在满足实时性的同时，结构灵活，有较强的通用性，系统功能便于改进和扩展。系统从最初的构思就着眼于工业级以上应用，并最终以性价比非常高的芯片组整合成一套工业级的解决方案。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2图像跟踪系统发展状况

1.3 FPGA与DSP各自特点

1.4论文主要研究内容

第二章相关技术分析

2.1CCIR-656视频信号标准

2.1.1采样频率

2.1.2分辨率

2.1.3传输格式

2.2存储器介绍

2.2.1 SDRAM

2.2.2 SRAM

2.2.3 FLASH

2.2.4 FIFO

2.3图像识别算法

2.3.1基于目标运动特性的识别

2.3.2自适应波门搜索

2.3.3匹配搜索

2.3.4预测跟踪

第三章系统总体设计

3.1概述

3.2系统总体构建

3.3系统硬件构建

3.3.1 DSP系统硬件资源

3.3.2 FPGA系统硬件资源

3.3.3协处理的硬件架构

3.4系统图像处理流程设计

3.4.1图像处理算法的实现研究

3.4.2系统图像处理流程图

第四章基于DSP的视频处理单元设计

4.1概述

4.2 EMIF控制器接口设计

4.3 EDMA结构及EDMA通道的设计

4.3.1 EDMA控制器的结构

4.3.2 EDMA传输机制

4.3.3 DSP与FPGA间的数据交换

4.4 DSP中图像匹配算法的实现

4.5 FLASH引导装载研究与设计

4.5.1二次BOOTLOADER

4.5.2 FLASH引导过程

4.5.3链接

4.5.4写自加载功能的定制代码

4.5.5 FLASH编程

第五章基于FPGA的视频采集与显示单元设计

5.1概述

5.2视频数据采集模块的设计

5.3视频数据缓存模块的设计

5.4 SDRAM控制器实现FPGA内存管理

5.4.1 SDRAM的基本操作

5.4.2 SDRAM控制器的设计

5.5视频预处理模块的设计

5.6视频叠加显示模块的设计

5.6.1视频叠加原理

5.6.2 OSD总体介绍

5.6.3视频叠加模块实现

第六章总结全文

参考文献

发表或已录用学术

致谢

附录