基于DSP+FPGA的视频图像处理

论文摘要

视频图像处理作为一种重要的现代技术,已经在通信、航天航空、遥感遥测、生物医学、军事、信息安全等领域得到广泛的应用。视频图像处理特别是高分辨率图像实时处理的实现技术对相关领域的发展具有深远意义。随着科学技术的进步,视频图像的采集和处理的应用需求也日益增加。传统的采集和处理主要依赖于PC机,以及其它的专用的集成电路板卡来实现的。由于功能比较单一,体积较大,且受到处理速度的限制,已经逐渐不能满足实际的要求。由于DSP和FPGA的技术近年来发展很快,运算能力在不断增强,运算速度越来越快,成本也在不断降低。目前DSP和FPGA的技术已经广泛的应用在各个领域中,从军用到民用,从航空航天到生产生活,都越来越多地使用DSP和FPGA。本论文介绍了以TI高性能DSP为核心处理器的视频实时图像处理系统的设计原理与组成,并基于DSP+FPGA架构实现了该视频图像处理系统。介绍了处理系统的硬件组成和图像处理方法。通过该平台对输入的视频进行多种图像处理运算,包括图像的灰度修正、图像的平滑、图像的锐化等。最后介绍了硬件调试和软件程序的验证结果。实验结果表明,作者设计的系统达到了图像的增强、压缩的功能,在不压缩的情况下,能够实现对实时的图像进行处理。该平台集数字图像的采集和处理于一体,具有很大的灵活性、方便性和普遍适用性,是高性能的数字图像采集和处理系统,可广泛应用于各种视频图像处理算法的验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义和背景
• 1.2 DSP和FPGA在视频图像处理上的应用
• 1.3 本论文主要研究的内容
• 第2章 视频图像的处理方法
• 2.1 数字图像原理
• 2.1.1 图像的输入的格式
• 2.1.2 图像的感知和获取原理
• 2.2 彩色图像原理
• 2.2.1 YUV颜色编码
• 2.2.2 YCbCr格式
• 2.2.3 RGB色彩模式
• 2.3 数字图像的处理方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 视频图像处理硬件分析
• 3.1 DSP芯片及其开发环境
• 3.1.1 DSP的发展与应用
• 3.1.2 开发环境介绍
• 3.1.3 DSP/BIOS实时操作系统
• 3.2 FPGA芯片及其开发环境
• 3.2.1 FPGA的发展与应用
• 3.2.2 开发环境介绍
• 3.3 硬件设计中主要芯片
• 3.3.1 TMS320DM6437概述
• 3.3.2 4通道视频解码器TVP5146M2概述
• 3.3.3 Altera低成本FPGA
• 3.4 本章小结
• 第4章 视频图像处理系统系统设计
• 4.1 视频图像处理系统设计原理
• 4.2 视频图像处理系统组成部分
• 4.2.1 视频的输入与采集部分
• 4.2.2 图像处理部分
• 4.2.3 视频输出部分
• 4.3 硬件电路部分模块的设计
• 4.3.1 外部存储器扩展模块设计
• 4.3.2 ⅡC总线设计
• 4.3.3 电源设计
• 4.3.4 复位电路设计
• 4.4 系统硬件的PCB设计
• 4.4.1 高速电路的PCB布局
• 4.4.2 高速电路的PCB布线
• 4.4.3 本系统PCB板的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 视频图像处理系统的开发
• 5.1 DSP的设计和开发
• 5.1.1 DSP对EMIF的操作
• 5.1.2 ⅡC总线的配置
• 5.2 FPGA的设计和开发
• 5.2.1 FPGA在系统中的功能
• 5.2.2 FPGA对SDRAM的操作
• 5.2.3 FPGA设计的系统原则和设计思想
• 5.3 DSP与FPGA间的数据交换
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统调试与分析
• 6.1 硬件调试的系统实现
• 6.2 软件调试的系统实现
• 6.2.1 软件的调试
• 6.2.2 软件实现的总体方案
• 6.3 调试过程中遇到的问题
• 6.4 调试结果
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢