基于DSP和FPGA的通用圖像處理平臺

隨著數字化技術不斷發展和完善，數字圖像處理技術已廣泛應用于工業、軍事、生物醫療、電信等領域。實際應用中能夠運行復雜靈活的圖像處理算法和大數據量的數據傳輸處理能力成為圖像處理平臺穩定運行的前提，而系統實時性、體積、功耗等因素也至關重要。傳統數字圖像處理平臺大多采用通用PC機、高速圖像采集卡和基于VC++的軟件平臺來實現，但很難滿足當前對系統體積、功耗和實時性要求。因此這里提出的基于DSP和FPGA的通用圖像處理平臺，充分發揮FPGA靈活性強和DSP運算速度快、尋址方式靈活的優點，更好地提高圖像處理系統的集成度，降低系統功耗，并滿足實時性要求。

1高速圖像處理平臺的工作原理

為實現高速圖像的實時處理，該系統采用DSP和FPGA線性流水線陣列結構，將FPGA可在通用接口設計和簡單信號處理等方面的優點與DSP的快速數字信號處理能力相結合，充分發揮這兩者的優點。該系統主要由DSP和FPGA的子系統構成，為保證大量圖像數據流快速穩定通訊，DSP與FPGA間通過外擴的SDRAM實現大容量數據交換。DSP子系統則實現較為復雜的圖像處理算法，并提供圖像存儲功能。而FPGA子系統完成CCD傳感器圖像數據的預處理以及微控制器通用接口功能。

系統結構原理圖如圖1所示。CCD傳感器輸入的圖像數據經FPGA預處理后，將數據傳送至DSP，DSP對輸入數據進行實時圖像處理，并將處理后的圖像通過EMIF接口發送并保存至外擴SDRAM。同樣，FPGA也能夠讀取外擴SDRAM的圖像數據，通過VGA接口實時顯示。對于少量數據流，如系統參數或圖像數據傳輸的起止信息等，則通過SPI接口實現。DSP子系統內部擴展有SD卡接口和USB主機接口，主要用于圖像數據的存儲和傳輸等。FPGA子系統外擴的主要接口包括：I2C、SPI、UART、PS/2和VGA等接口，用于系統升級和調試，提高系統通用性。

系統硬件設計采用模塊化設計思想，將整個系統分為DSP子系統和FPGA子系統。這兩者間的數據交換通過雙端口RAM方式實現。