隨著計(jì)算機(jī)、多媒體和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)字圖像技術(shù)近年來得到了極大的重視和長足的發(fā)展,并在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、教育、娛樂、管理和通信等方面取得了廣泛的應(yīng)用。

　　同時,人們對計(jì)算機(jī)視頻應(yīng)用的要求也越來越高,從而使得高速、便捷、智能化的高性能數(shù)字圖像處理設(shè)備成為未來視頻設(shè)備的發(fā)展方向,這必然要求產(chǎn)生相適應(yīng)的新理論、新方法和新算法。為了在利用這些新技術(shù)的過程中檢驗(yàn)其可行性,研制了基于pci總線和dsp芯片的圖像處理平臺,該圖像處理平臺是利用philips公司的視頻輸入處理器saa7113、ti公司的tms320c32高速浮點(diǎn)dsp和amcc公司的s5933 pci總線接口芯片搭建的。利用高速的pci總線和功能強(qiáng)大的dsp芯片,可以進(jìn)行視頻壓縮、圖像檢測、視覺定位等算法研究。

　　1 系統(tǒng)功能概述

　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要,該系統(tǒng)的主要功能有:

　　(1)可以在不同輸入制式pal和ntsc之間進(jìn)行自動切換和處理。

　　(2)能利用采集到的yuv圖像信號數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮算法的驗(yàn)證,或轉(zhuǎn)換成灰度圖像數(shù)據(jù)、rgb格式圖像數(shù)據(jù)等進(jìn)行檢測、定位等算法的檢驗(yàn)。

　　(3)能將處理后的數(shù)據(jù)通過pci接口交給上層系統(tǒng)(pc機(jī))保存或進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證處理。

　　(4)系統(tǒng)具有軟件修改、升級功能和靈活性,便于算法的改進(jìn)驗(yàn)證。

　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要是如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速傳輸。圖像數(shù)據(jù)由專用集成視頻解碼器saa7113采集,經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換處理后傳輸?shù)絛sp;再經(jīng)dsp處理后通過pci接口傳輸?shù)絧c機(jī)。如何實(shí)現(xiàn)saa7113與dsp之間和dsp與s5933之間的高效率數(shù)據(jù)通信是解決這個問題的關(guān)鍵。通　　
　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　整個系統(tǒng)由視頻解碼器、dsp和pci總線專用芯片組成。dsp芯片采用tms320c32,該芯片是在tms320c30的基礎(chǔ)上簡化而來的,含有tms320c30 cpu核心。它增加了一些常用的功能部件,使程序引導(dǎo)功能、串行接口傳輸和存儲器均可支持8、16、32位的數(shù)據(jù)。它可產(chǎn)生邊沿中斷和電平中斷,可由用戶編程設(shè)定中斷向量表的地址,具有空等待和低功耗兩種電源管理方式。它具有兩個dma通道,功能強(qiáng)大的外部存儲器接口既可以滿足視頻解碼接口8位數(shù)據(jù)的要求,也可以實(shí)現(xiàn)pci接口32位數(shù)據(jù)的的高速數(shù)據(jù)傳輸。tms320c32靈活的程序加載可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程。

　　pci總線專用接口芯片采用s5933,它是一種功能強(qiáng)且使用靈活的pci總線控制器專用芯片,該芯片符合pci局部總線規(guī)范2.1版本,既可作為pci總線目標(biāo)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)基本的傳送要求;也可作為pci總線主控設(shè)備,訪問其它pci總線設(shè)備。s5933的峰值傳送速率為132mbps(32位pci數(shù)據(jù)線)。s5933提供了3個物理總線接口:pci總線接口、外加總線接口(add-on bus);可選的nv存儲器接口。用戶可根據(jù)需要設(shè)計(jì)s5933與外加總線接口相連接的邏輯電路和配置空間的初始化,而不必考慮pci總線規(guī)范眾多的協(xié)議,從而將復(fù)雜的pci總線接口關(guān)系轉(zhuǎn)化為簡單的8/16/32位外加總線(add-on bus)接口關(guān)系。

　　pci總線與外加總線之間的數(shù)據(jù)傳輸可以通過內(nèi)部先入先出存儲器(fifo)、郵箱寄存器(mailbox)和數(shù)據(jù)直傳通道(pass-thru)三種通道進(jìn)行。各通道都包括兩組寄存器以分別完成pci總線和add-on總線接口雙向數(shù)據(jù)傳輸,為使用者提供較為寬松而靈活的設(shè)計(jì)空間。

　　可編程視頻解碼芯片采用saa7113,該芯片是可編程視頻處理芯片,采用cmos工藝。通過簡單的i2c總線可以對其實(shí)現(xiàn)編程控制;內(nèi)部包含兩路模擬處理通道,能實(shí)現(xiàn)視頻源的選擇、抗混疊(去假頻)濾波、模/數(shù)變換、自動嵌位、自動增益控制、時鐘產(chǎn)生、多制式(pal bghi、pal m、pal n、ntsc m和ntsc n)解碼及亮度、對比度和飽和度控制。

本系統(tǒng)采用軟件模擬i2c總線的控制方式,通過dsp的多功能口實(shí)現(xiàn)dsp對saa7113的初始化等控制;根據(jù)saa7113輸出的同步脈沖,通過使用可編程器件cpld,產(chǎn)生圖像幀存儲器的地址信號、讀寫信號以及幀切換等控制信號,實(shí)現(xiàn)saa7113和dsp之間的高速數(shù)據(jù)通訊。

3 dsp與saa7113之間的無縫連接

　　saa7113輸出的是隔行視頻信號,一幀圖像需要傳送兩次,分別記為奇場圖像和偶場圖像;視頻處理的對象是逐行排列的圖像信號,因此必須等待一幀圖像(連續(xù)的奇、偶兩場信號)采集完后,合成到一個圖像幀中才能進(jìn)行后續(xù)處理。利用saa7113的同步信號,使用可編程邏輯器件cpld構(gòu)建控制器,可將圖像數(shù)據(jù)寫入幀存儲器,解決圖像幀合成問題。為了向前端處理器(dsp)提供連續(xù)的圖像信號,采用兩個圖像幀存儲器a和b交替存儲的方式,來暫存采集到的圖像數(shù)據(jù)和需要處理的圖像數(shù)據(jù),可實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時連續(xù)采集處理。

　　dsp與saa7113之間的硬件接口如圖3所示,整個接口的控制邏輯,包括兩個子模塊:幀圖像寫入控制器和乒乓開關(guān),由一塊cpld來完成。cpld芯片采用altera公司的epm9320rc208。兩組幀存儲器a和b采用cypress公司生產(chǎn)的兩塊cy7c1049芯片,容量為512k×8bit,存取時間不超過15ns,能滿足圖像實(shí)時采集要求。

　　saa7113由數(shù)字視頻輸出口vpo[7:0?]