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基于DSP+FPGA的红外图像小目标检测系统设计

来源:    作者:     发布时间:2015-04-10 14:17:44     点击数:

FPGA采用Altera公司的EP3C40F48贴片电感4C对视频信号进行预处理和整个系统的时序控制,它具有多达24 624个逻辑单元,具有129个兼容的LV-DS通道,每个通道数据率高达640 Mb/s,还有4个可编程锁相环和8个全局时钟线。另外此芯片的功耗较低,全局运行时总功耗为300 mW左右。除此之外,FPGA作为系统的控制芯片还要为DSP及主机控制双口SRAM接口、外部存储器、视频编码器编码等单元提供准确的逻辑时序和可靠的驱动电路。
2.1 视频输入和输出模块
采用解码器SAA7111将摄像头输出的模拟视频信号转换为数字信号。SAA7111是飞利浦公司推出的9位视频解码器,提供6路模拟共模电感器输入和2个增强型的模数转换器。通过配置SAA7111将PAL制式的模拟基带信号转化为CCIR-656格式的UYVY信号,并将其送入FPGA中,进行预处理。经过预处理后的图像数据再由FPGA重新打包成CCIR-656格式的数据送入到TS201的Link口。具体连接如图4所示,VPO[0…7]没有数据输入,VPO[8…15]是数据输出管脚与FPGA相连,时钟同步信号TS201采用MDMA的方式将原始图像信号存入SDRAM中,供目标检测算法使用。视频输出模块采用视频编码器SAA7121,标准的UYVY数据从FPGA的引脚输出,送到SAA7121的数据引脚,场、行同步信号分别接到FPGA的控制引脚上,通过行、场信号的控制,就能够输出显示正确的视频图像。在SAA7111和SAA7121工作之前,都需要对这两个芯片进行配置,它们的配置的参数都是通过FPGA产生I2C总线来实现的。


2.2 存储模块
TS201的片上存储器分为两个部分:每个内核各使用100 KB的专用、高速L1存储器;128 KB的大容量共享L2存储器。通过EBIU接口外扩SDRAM和Flash两种存储器。选取2片MT48L32M16A2来构成SDRAM存储器,图像处理数据和图像处理中间结果可存储在SDRAM中。系统扩展64 MB的Flash,选用S29GL064M90T,主要存放DSP内核程序。
FPGA的存储系统:选取2片IS6模压电感器1LV10248来构成SRAM存储器,主要用于存储从SAA7111传输到FPGA的数据,根据视频数据的奇偶场的关系,在数据的存取过程中采用乒乓存取方式,当SRAM1存储数据的时候,FPGA从SRAM2读取数据,传给SAA7121做为显示使用,当SRAM2存储数据的时候,FPGA从SRAM1读取数据,传给SAA7121做为显示使用,同时通过对读时工字电感器钟和读范围的控制,可以控制图像的现实范围和现实方式。具体硬件连接结构如图5所示。


2.3 DSP双核以及FPGA之间的通信
在本系统中,涉及到TS201两个核之间的通信以及TS201与FPGA之间的通信。FPGA给DSP提供预处理之后的图像数据,DSP根据提供的图像数据进行目标检测算法,并将检测之后的坐标数据传输到FPGA,FPGA将坐标信息叠加到原始图像后送给SAA7121显示。常见的双核通信主要采用中断、轮询两种通信方式。中断是利用两个核的中断机制来实现FPGA与DSP之间的通信;轮询是通过在双核的共享寄存器里设置一些信号量,供双核通信与访问。考虑到本系统的应用条件,采用轮询的通信方式,DSP的异步存储器的地址空间映射到FPGA,通过FPGA操作数据线和地址线,即可完成FPGA与DSP之间的数据交互。
2.4 系统工作流程
整个系统的工作流程为:由CCD采集视频模拟信号,经过可编程视频解码处理器SAA7111解码后输出场同步、行同步、像素时钟和位宽为16 bit的数字图像信号,并将信号送入FPGA中,在FPGA中对送来的数据做缓存,预处理,再通过与TS201连接的双向LINKPORT,把图像数据实时地导入DSP中,在DSP中运行检测算法,环型线圈电感器得到被检测目标的正确坐标,DSP把目标的坐标信息返回到FPGA中,FPGA根据坐标信息在原始图像上标示出目标的位置,最后将处理后的图像信号传给可编程视频编码器SAA7121进行编码实现D/A转换,输出模拟视频,并把检测结果显示在视频显示设备上。

3 结论
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