基于FPGA和DSP的图像多功能卡的设计与实现

电子科技大学硕士学位论文基于FPGA和DSP的图像多功能卡的设计与实现姓名：尹乐申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：邓彬20070601摘要摘要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。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。本课题的主要内容是设计一种基于PCI总线，以FFGA为系统控制核心、TMS320DM642为CPU的可实时采集高分辨率视频并迸行高速处理的图像处理系统。主要从系统级别上描述了一种高分辨率图像处理卡的系统实现方案，重点研究了该视频图像处理卡中视频采集、图像增强和视频数据传输。本文首先介绍了本设计的背景和意义，提出本次设计的目标：基于FPGA和DSP的图像多功能卡的设计。然后简要的介绍了本设计用到的图像处理算法：图像的预处理算法，分别介绍了图像的去噪、锐化、色彩校正、r校正和RGB到YU、『的转换。图像采集系统的基本构成，是以数字信号处理器为核心，控制外国的A／D、D／A转换器和外围存储器。本文对比了当下流行的DSP芯片和FPGA芯片作为数字处理核心的优缺点，并根据系统实际需要，选用FPGA和DSP作为数字信号处理器；然后从单片容量，时钟，体积，控制复杂度几方面综合考虑，选用SDRAM作为外围存储器；最后给出了系统的整体设计方案。图像多功能卡的硬件设计主要分为输入输出电路设计、FPGA#}'围电路设计和DsP外围电路设计。先对各主要芯片进行了简要的介绍，然后分别给出了各部分电路的具体连接。图像多功能卡的程序设计是本文的重点。本课题的程序设计包括FPGA内部程序和DSP内部程序。FPGA的程序设计主要包括：AD采集控制模块、SDRAM读写控制模块、图像处理模块以及系统的控制模块；DSP的程序设计主要是完成I℃配置、数据通过PcI口传输到上位机等功能。最后介绍了硬件调试和FPGA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，能够对图像实时的处理，并且本系统实现了分辨率和刷新率的自动识别。【关键词】 视频图像， 图像增强， FPGA，DSP， PCI，SDRAMAs a kind of important modem technology,Image processing has been widely usedin following fields such as communication，spacefiight aviation，remote sensingtelemetering measurement,biomedicine，military,information safety,etc．Theimplementation technique of image processing especially high··resolution real—timeimage processing has far—reaching meanings to the development of relevant fields．The content of this project is mainly focused on the schedule implementated on ahigh speed and high—resolution image processing system，which is based on PCI buswith FPGA as its core system control part and DM642 as a CPU processoL Here wemainly describe the system scheme of high—resolution image process card on systemlevel．We mainly research the metheds on image acquisition and image enhance，as wellas image data inter-communication．In this dissertation，the background is presented at first．Designing an auto—adaptivehi曲resolution image process card is the goal of this project，so I must introduce somebasic theory：image enhance theory．The basic form of all image acquisition system is digital signal processor,A／D andD／A converter,and memory．In this dissertation，I compare the FPGA's and DSP’sadvantage and disadvantage，and discuss the memory such as SDRAM and SRAM．Thenthe system scheme for video image process card is put forward．The hardware design of image acquisition card includes input and output circuitdesign，FPGA circuit design and DSP circuit design．The main chips that used in thissystem is introduced first，and then we focuse on the connection of the circuit．The programme is also very important in my design．This complicated system’sprogramme include FPGA's and DSP’s programme．The programme in FPGA containsdata acquisition module，SDRAM read and write control module，image process moduleand system control module．In DSP it includes IzC operation，data transmission betweenDSP and computer throu曲the PCI interface．The result of the experimentation shows that the system has achieved the goal ofreal—time video image processing．The card has the capability of image enhancement，IIABSTRACrimage compression and can identify resolution and refresh rate automatically[key'words]Video image，Image enhance，FPGA,DSE PCI，SDRAMIit独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：雩 鱼二 日期：≯1年 够月 尸日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。根密嚣文≯麟守鬟名：斫斫 签名：7 0， 导师签名：c7{。们7日期：≯刁年彩月乡Et第一章引言第一章引言1．1课题研究的背景、目标和意义当今世界进入数字化信息的时代，各种形式的信息以数字化方式存储子各种媒质中，而且越来越多的信息开始由传统的模拟存储和处理方式向数字化存储和处理方式转变。图像信息作为人类最重要的信息源之一，图像采集技术和改善图像质量的图像处理技术也开始向数字化方向转变。在数字计算机问世之前，图像处理的共同特点是把图像信息用传统的模拟方式来处理。从第一台数字计算机问世以来，随着计算机技术的发展与成熟，数字图像采集处理成为一个迅速发展的学科。在一个图像系统中，从图像的获取，到图像的发送、传输、接受、输出、复制等等，每一个环节都会产生干扰，都会使图像的质量下降。例如，摄像时，由于光学系统失真、相对运动、大气激流都会使图像模糊；医学上，由于受到人体的器官、组织、光照等各方面的影响，拍到的照片总是不尽人意，总是不太清晰，很难识别病变组织与正常组织，做出有效诊断。因此，如何对这些降质图像或受到噪声污染的质量让人不太满意的图像进行处理，以符合我们的要求，例如尽可能的恢