一種基于HD-SDI技術(shù)的高清圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4 圖像存儲單元

　　圖像處理系統(tǒng)輸入一幀1080P高清圖像的大小為：

　　1 920×1 080×16=33 177 600位=30 Mb

　　選擇了CYPRESS公司CY7C1482V33型號的SRAM作為系統(tǒng)圖像存儲單元，CY7C1482V33存儲空間大小為72 Mb，可配置為2M×36位，4M×18位，1M×72位，能同時(shí)存下2幅圖像。CY7C1482V33支持最高達(dá)250 MHz的讀寫速度，工作電壓為3.3 V。

　　5 FPGA處理單元

　　FPGA主要完成圖像采集、存儲、輸出顯示管理，與DSP之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互以及視頻的像素級處理，是圖像處理系統(tǒng)的核心管理單元，與圖像有關(guān)的功能框架模塊大部分都在FPGA中實(shí)現(xiàn)。FPGA功能框圖如圖4所示。

　　當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送單元傳遞1920×1080像素圖像格式的數(shù)據(jù)給FPGA后，根據(jù)每幀圖像20位YCbCr 4：2：2工作模式的要求將亮度和色度信息分開提取。SRAM是單端口存儲器，在同一時(shí)間只能完成讀操作或?qū)懖僮?，因此在輸入?shù)據(jù)進(jìn)行濾波后，選用了2M×36位的3片SRAM作為一組片外存儲器進(jìn)行Ping-Pong操作。用輸入SDI圖像的場同步信號生成一個(gè)計(jì)數(shù)器，每一場對SRAM的讀寫切換一次。當(dāng)需要使用一場圖像信息時(shí)，可及時(shí)從一個(gè)存儲器中讀取。與此同時(shí)，連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)被存至另一個(gè)存儲器中，第3片SRAM則處于DSP讀寫狀態(tài)。3片SRAM通過切換，完成一幀圖像的保存、處理和輸出。

　　6 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件主要包括FPGA和DSP兩部分。FPGA負(fù)責(zé)采集和輸出電視圖像數(shù)據(jù)，利用FPGA內(nèi)部的存儲資源，進(jìn)行字符、十字絲、波門等信息疊加，不僅提高了數(shù)據(jù)處理速率，而且降低了DSP處理數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生幀間延時(shí)的可能性。DSP負(fù)責(zé)通過SPI配置和檢測HD-SDI解碼器，實(shí)現(xiàn)視頻模式選擇，并根據(jù)檢測結(jié)果確定各個(gè)芯片當(dāng)前的工作狀態(tài)，此外通過訪問圖像存儲器進(jìn)行Mean-shift、非對稱多向梯度、質(zhì)心、相關(guān)、電子穩(wěn)像和航跡預(yù)測等算法運(yùn)算。

　　上電之后，對DSP進(jìn)行初始化，主要包括片外存儲器、SPI、GPIO、外部中斷的配置。初始化完成之后，通過SPI向GS2971發(fā)送開始解碼的指令，向GS2971請求狀態(tài)信息，等待GS2971進(jìn)入到解碼狀態(tài)，更新FPGA的采集數(shù)據(jù)。

　　DSP從圖像存儲器得到圖像數(shù)據(jù)后，根據(jù)背景的復(fù)雜程度和上位機(jī)命令執(zhí)行圖像質(zhì)心、相關(guān)跟蹤與航跡預(yù)測算法。經(jīng)過DSP圖像處理后，判斷出鎖定的運(yùn)動目標(biāo)，并計(jì)算出所跟蹤目標(biāo)的角坐標(biāo)值和跟蹤角誤差值，傳遞給上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。同時(shí)把跟蹤目標(biāo)的位置信息疊加到SRAM內(nèi)相應(yīng)的視頻幀，經(jīng)DVI通道將電視數(shù)據(jù)送到高清顯示器上顯示。

　　結(jié)語

　　HD-SDI既滿足了傳輸高清圖像的要求，又能最大限度保證傳輸過程的實(shí)時(shí)性，能夠適應(yīng)當(dāng)今圖像跟蹤技術(shù)的發(fā)展。本文設(shè)計(jì)開發(fā)了基于HD-SDI的高清圖像處理系統(tǒng)，與傳統(tǒng)模擬圖像相比大幅度提高了圖像細(xì)節(jié)質(zhì)量和跟蹤穩(wěn)定性，為光電系統(tǒng)提供了新的解決方案。可在光電系統(tǒng)的新發(fā)展中得到廣泛應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用前景。