基于DSP+FPGA+ASIC的实时图像处理系统

1．引言

　　随着红外焦平面阵列技术的快速发展，红外成像系统实现了高帧频、高分辨率、高可靠性及微型化，在目标跟踪、智能交通监控中得到了越来越多的应用，并向更加广泛的军事及民用领域扩展。实时红外图像处理系统一般会包括非均匀校正、图像增强、图像分割、区域特征提取、目标检测及跟踪等不同层次的实时图像处电感电容滤波器理算法，由于图像处理的数据量大，数据处理相关性高，因此实时红外图像处理系统必须具有强大的运算能力。目前有些红外图像处理系统使用FPGA实现可重构计算系统[1]，运算速度快，但对于复杂算法的实现难度比较高，且灵活性差。大多数红外图像处理系统则采用DSP+FPGA的硬件架构[2]，其中DSP负责实现图像处理算法，FPGA负责实现各种接口电路，但诸如图像多级滤波等处理算法复杂度高，只使用DSP处理会耗费大量时间，一般采用并行多DSP系统以满足实时性要求[3]，但系统比较复杂，体积和功耗也不好控制，实现成本高。因此需要在硬件结构上合理分配处理任务，比如FPGA可以完成输入图像的预处理工作，减轻DSP的负担，本实验室自主研制的ASIC芯片可以对输入红外图像进行多级滤波处理，进一步解放DSP。本文针对红外图像处理系统的实时性要求，提出了基于DSP+FPGA+ASIC的图像处理架构。

　　2．实时红外图像处理系统

　　由于实时红外小目标检测算法的前端处理数据量大、实时性强且算法复杂度高，我们的系统结构需要保证灵活性，能够适应各种复杂的算法，同时又要保证高速处理能力，因此实时红外图像处理系统采用DSP+ FPGA+ASIC的架构来满足设计的要求。其中，DSP具有高度的可编程性，可以完成比较复杂的任务。FPGA的处理速度稍逊于ASIC，但具有一定的灵活性，它可以实时接收红外小目标检测算法前端的数据，完成输入图像的一些预处理工作。ASIC芯片处理速度快、性能强且可靠性好，可以完成图像滤波等特定的任务。

　　一种实时红外图像处理系统结构框图如图1所示：

FPGA采用ALTERA公司的Stratix系列的EP1S10芯片。该芯片提供多达10,570个逻辑单元（LEs），存储器容量为920,448016 bits，同时提供了高速DSP模块以及乘法器，专用乘法器适合于作协处理器，可以分担DSP复杂和耗时的算术运算，提升系统的性能。

　　D塑封电感器SP选用TI公司的TMS320C6414芯片[4]。该芯片主频为600MHz，数据处理能力峰值可达4800MIPS（每秒48亿条指令）。由8个相互独立的功能单元构成。包含两组通用寄存器组，每组含有32个32位寄存器。片内采用2级存储器结构。

　　ASIC使用本实验室自主研制的多级滤波芯片[5]。该芯片采用SMIC 0.35mm工艺，芯片内部工作频率可达50MHz。有三个数据通道，分别级连不同数量的1*3基本滤波模板，每路数据通道采用流水线结构。采用定点运算，计算精度为8位二进制小数，可处理位宽为8-16位的数据，吞吐量为5M-10M像素/秒，支持128*128，256*256，320*240三种帧格式的图贴片电感像滤波。

　　3．处理任务的合理分配

　　红外探测器输出图像数据到信号处插件电感理板，先进入FPGA进行预处理，预处理包括非均匀性校正和图像增强等。ASIC对输入图像数据进行多级滤波处理。FPGA在后续算法中也能协同DSP工作，算法中对运行速度要求很高，而算法结构不太复杂的处理均可在FPGA 中实现，从而使得该FPGA 成为DSP 的协处理器。经过预处理后的红外图像数据输出到DSP中进行后续算法处理，DSP的处理包括红外潜在小目标检测算法。DSP 处理后的潜在小目标和图像数据通过FPGA传输到DPRAM中存储。

　　该实时红外图像处理系统主要由三部分组成：FPGA模块，DSP模块和ASIC模块。在满足红外图像数据处理的实时性和高速可靠性要求的前提下，各处理模块所处理的任务要尽量达到平衡。

　　从资源角度看，算法用硬件处理速度快，占内存空间小，但灵活性差；用软件刚好相反，处理速度慢，但灵活性好。由于设计要满足实时性要求，希望硬件承担的任务越多越好。PGA作为一种可编程的硬件资源，虽然它有相当强的设计灵活性，但是考虑到设计、实现调试的难度，不适合做全局、复杂的操作。ASIC芯片处理速度快，但灵活性差，只适合处理一些特定的占用大量处理器资源的运算。DSP作为软件资源，特点是灵活性好，适合复杂的算法，但速度慢。1

目前作者已知的十多个网络变压器生产厂家的产品介绍中都有这样一项关于其开路电感OCL的指标：在给线圈加上8mA直流偏流的条件下，用频率为100KHz、幅度为0．1V的正弦波电压信号检

目前对于sEMG信号调理电路人们已经进行了较多的研究。从论文提及的应用电路¨中，可以归纳出其常见结构。如图2所示。高通滤波、低通滤波、射频抑制电路可以减少sEMG主要能

     本文介绍的是一款高功率因数、可控硅调光的LED驱动器，它可以在90 VAC至265 VAC的输入电压范围内为LED灯串提供额定电压28电感器打样 V、额定电流0.5 A的驱动。该LED驱动

 1/2    1 2 下一页 尾页