基于多DSP的图像压缩系统研究与设计

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近几十年来,随着航空航天技术的不断发展,人们对太空的探索活动越来越频繁,为了进行一些科研实验,往往需要大量的空间图像数据。在这一形势下,CCSDS国际标准组织在2005年11月发布了一套图像压缩算法标准,该标准主要定位及应用于空间图像数据传输与处理。  首先,本文在研究CCSDS标准图像压缩算法基本原理的基础上,提出并实现了一种基于多DSP+FPGA的高性能图像压缩处理系统,通过查阅相关文献,研究并分析了系统中所涉及的一些关键技术,包括CCSDS算法的基本实现过程、DSP系统设计方法、FPGA技术、网络通信技术和Camera Link接口技术等。  然后,依据系统设计的功能需求,给出了图像压缩系统的总体方案设计及可行性分析。在本文中,为了达到较高的处理性能,选取两片TI公司TMS320C6455 DSP处理器和一片ALTERA公司EP2S30 FPGA作为系统核心处理芯片。选取IDT公司推出的高速同步静态双端口存储器IDT70V3319以实现FPGA与DSP之间的高速数据传输。系统上电后,在FPGA的控制下,首先通过Camera Link接口完成图像数据的接收并在内部进行必要的预处理和缓存,然后在FPGA时序控制下以共享存储器方式将图像数据传入DSP1处理器进行图像压缩算法处理。在两片DSP之间能够通过SRIO总线进行高速数据通信。DSP1处理完成后的压缩码流数据通过SRIO总线传输给DSP2,在DSP2处理器上建立DSP/BIOS实时多任务环境,运行TCP/IP协议栈,当收到前面传输来的码流数据后,进行一定的封包处理,然后通过千兆网络接口将码流数据传输给上位机PC以作进一步处理。  接着,在前述方案设计的基础上,完成了图像压缩系统的软硬件设计和调试。硬件设计主要包括系统电源及监控电路、时钟电路、DSP及FPGA配置电路、程序及数据存储电路、千兆网络接口电路及Camera Link接口电路等模块的设计。软件设计主要包括FPGA图像采集与控制模块、DSP嵌入式软件模块,CCSDS压缩算法的移植实现与优化、C6455处理器二级引导程序设计等。  最后,经过调试与测试,图像压缩系统能够正常工作并对外输出压缩码流,对每帧图像能够进行较快的压缩处理,系统的处理速度达到31f/s左右。最终压缩系统工作稳定,基本实现了预期的设计要求。  设计结果表明,采用DSP+FPGA架构的方案设计,能够发挥DSP和FPGA技术各自的优势,在图像处理系统设计中具有较好的应用前景。
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