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FPGA与多核DSP图像处理系统的设计与实现.pdf
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上传时间: 2020-01-27
详细说明：数字图像处理技术,在整个信息处理技术中,占据着非常重要的地位。现如今，随
着超大规模集成电路设计工艺的高速发展，具备极高运算能力的先进处理器纷纷出
现，使得高分辨率、高帧率图像数据的实时处理，成为了可能。实时图像处理技术，
尤其是基于多核DSP+FPGA架构的实时图像处理技术，因为该种方案本身所具有种
种优点，又成为了现今各项图像处理新技术研究中的备受关注的焦点。
作者在本文中设计并实现了一种基于XILINX V6系列FPGA和TI TMS320C6657
双核DSP的实时图像处理系统。系统选用TI多核DSP作为图像数据运算的主处理器，
用以实现数字图像实时处理的核心算法。系统选用 XILINX 公司 Virtex 系列高端 FPGA作为协处理器和系统的主控制单元，用来协调系统中各个外设功能模块，并完
成图像采集和显示控制的功能。该系统的数字图像输入前端由 SDI 数字输入端、
USB3.0 传输模块、PAL制视频图像采集模块共同构成。多核DSP 与FPGA之间可选
用uPP传输模式或者RapidIO 高速数据通道进行双工数据通信。实时图像处理结果可 由DVI、PAL显示模块进行显示，也可通过USB3.0传输模块传回到上位主机中进行
显示及分析。在系统实现过程中，作者采用了USB3.0传输模块作为系统的数字图像
数据输入前端，实现了一种实时图像处理系统与PC上位主机之间高速的、可热插拔
的双工数据通信模式。FPGA 可通过USB3.0 接口从上位 PC 主机中获取数字图像数
据流，并将该高速并行图像数据流经过缓存处理后，通过多核DSP的uPP外设接口 传输到多核DSP中。多核DSP将该并行图像数据流处理完后，又可选择通过uPP接 口将处理结果传输回FPGA中。最终，FPGA可将经过处理的数字图像数据，通过图
像显示外设接口，传输给显示设备进行显示。
另外，为配合系统中的多核DSP更好地完成图像目标实时追踪识别算法的实现，
提高系统数字图像处理运算的效率。作者在上述自行设计的图像处理系统平台的
FPGA上，完成了对数字图像的滤波预处理工作以及图像形状特征提取算法的研究与
实时实现。FPGA通过将8位灰度数字图像进行分割，然后提取图像中边缘、各个组
成部分的连通域、型心、外接矩等重要的图像形状特征，为DSP后续的图像目标追
踪匹配工作提供了极为重要的参考数据，极大地提高了系统整体图像运算处理的实时
性。
关 键 词：多核DSP，FPGA，实时数字图像处理，USB3.0，形状特征提取
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