基于Tilera的医用电子内窥镜应用系统软件设计

摘要

当前,电子内窥镜已经成为医疗检查必不可少的设备之一。分辨率和图像质量直接影响内窥镜的使用效果,也标志着内窥镜技术的发展水平。传统的内窥镜视频解决方案往往用DSP来进行视频编解码,存在编解码性能不足等问题。因此,具有高分辨率并能进行高性能编解码的内窥镜应用系统研究对推动内窥镜技术的发展有着重要的意义。
　　本论文研发了基于Tilera多核处理器的医用电子内窥镜应用系统软件,主要可以分为控制基板软件与编解码基板软件,系统对1080p (60fps)的内窥镜实时视频进行处理,实现了采集显示、实时处理、编解码管理等主要功能。采用PCIExpress技术、DMA技术,实现了FPGA与控制基板、控制基板与编解码基板的高速数据通信,保证了传输效率。采用多线程并行编程技术、域套接字通讯技术,基于模块化架构研发了控制基板软件,控制基板能够进行高效的视频处理与编解码调度。利用已经实现的基于Tilera多核处理器的H.264编解码接口、JPEG-XR编解码接口,研发了编解码基板软件,编解码基板能进行高性能视频编解码。经过实际测试：系统各功能运行正常；实时视频的传输带宽达到480MB/s,编解码数据传输带宽达到480MB/s；编解码性能达到系统需求,能够同时进行实时编码和解码回放,编解码质量符合H.264High Profile标准。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 内窥镜的发展历史

1．2．2 电子内窥镜的结构

1．2．3 内窥镜发展方向

1．3 课题研究内容

2 相关技术介绍

2．1 多核技术

2．1．1 多核处理器

2．1．2 Tilera-GX36多核处理器

2．1．3 并行计算

2．3 PCIE技术

2．4 本章小结

3 系统功能及总体框架

3．1 系统功能

3．1．1 视频输入输出

3．1．2 实时视频处理

3．1．3 视频编解码

3．1．4 外部接口

3．2 总体方案设计

3．2．1 总体软件框架设计

3．2．2 控制基板软件整体设计

3．2．3 编解码基板整体设计

3．3 系统硬件环境介绍

3．4 本章小结

4 控制基板软件详细设计

4．1 接口介绍

4．1．1 通讯接口

4．1．2 存储接口

4．1．3 共享存储接口

4．2 采集显示模块

4．2．1 DMA数据搬运

4．2．2 模块进程结构

4．2．2 模块内存结构

4．3 实时处理

4．3．1 模块功能描述

4．3．2 模块进程结构

4．4 编码模块

4．4．1 模块功能描述

4．4．2 模块进程结构

4．5 解码模块

4．5．1 模块功能描述

4．5．2 模块进程结构

4．6 本地UI

4．6．1 模块描述

4．6．2 模块界面设计

4．6．3 GUI模块进程

4．7 日志模块

4．7．1 模块功能描述

4．7．2 模块进程结构

4．7 本章小结

5 编解码基板软件详细设计

5．1 编码基板软件设计

5．1．1 模块功能描述

5．1．2 模块进程结构

5．1．3 模块所用到的库

5．2 解码基板软件详细设计

5．2．1 模块功能描述

5．2．2 模块进程结构

5．2．3 模块所用到的库

5．3 本章小结

6 系统测试及结果

6．1 测试环境

6．2 测试内容

6．2．1 采集

6．2．2 显示

6．2．3 H．264编码

6．2．4 JPEG-XR编码

6．2．5 H．264解码

6．2．6 JPEG-XR解码

6．2．7 系统设置

6．2．8 带宽测试

6．3 整体结果

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

作者简历