安防應(yīng)用中圖像處理難點(diǎn)分析及處理器選擇

　　基于以上多方面的挑戰(zhàn)，在圖像預(yù)處理主芯片的選擇上，以控制能力見(jiàn)長(zhǎng)的傳統(tǒng)MCU并不適合龐大、復(fù)雜的算法處理;ASIC雖然在運(yùn)算速度和功耗方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但其成本高、靈活性差，且不利于升級(jí)和修改，因此無(wú)法滿足預(yù)處理算法個(gè)性化的靈活性需求;FPGA并行處理的架構(gòu)雖然具備了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，但價(jià)格、功耗，以及開(kāi)發(fā)難度方面的缺點(diǎn)使其很難成為圖像預(yù)處理的主流選擇;而DSP則以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和軟件可編程能力成為圖像預(yù)處理主芯片的主流選擇。

　　除了以上挑戰(zhàn)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，還面臨以下幾方面的需求：其一，雖然圖像預(yù)處理和圖像處理工作巨大，但是工程師并不希望采用多個(gè)芯片來(lái)處理這件事情。因?yàn)樾盘?hào)處理和控制系統(tǒng)分別運(yùn)行于不同處理器的傳統(tǒng)DSP架構(gòu)已經(jīng)讓工程師非常頭疼，如果再把圖像預(yù)處理和圖像處理分開(kāi)，則更加大了工程師進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)維護(hù)的難度。因此，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主芯片DSP來(lái)說(shuō)，還面臨集成度的要求——有沒(méi)有可能在單芯片上實(shí)現(xiàn)圖像預(yù)處理、圖像處理，甚至包括系統(tǒng)控制等功能。

　　其二，隨著包括預(yù)處理在內(nèi)的整個(gè)圖像處理算法復(fù)雜性的不斷增加，作為主處理器的DSP，除了需要提供足夠的硬件處理能力之外，還應(yīng)該在軟件上提供針對(duì)該處理器專門優(yōu)化的指令集，從而幫助工程師降低對(duì)處理器物理架構(gòu)的熟悉難度，最大限度的駕馭、發(fā)揮處理器的特性，盡快開(kāi)發(fā)出精簡(jiǎn)、優(yōu)化的圖像處理算法。

　　其三，除了上面提到的專門優(yōu)化的指令集以外，面對(duì)日益復(fù)雜的圖像處理和產(chǎn)品上市時(shí)間的壓力，工程師還期望處理器供應(yīng)商能夠分擔(dān)一些他們的工作——比如，提供專門針對(duì)該處理器優(yōu)化、僅占極少量時(shí)鐘周期的底層圖像處理軟件模塊，以幫助他們縮短圖像處理算法開(kāi)發(fā)流程，并加速軟件移植。

　　另外，功能強(qiáng)大、界面友好、簡(jiǎn)單易學(xué)的開(kāi)發(fā)工具也是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中工程師要求的重點(diǎn)，而且隨著系統(tǒng)復(fù)雜度和模塊復(fù)用性需求的增加，對(duì)開(kāi)發(fā)工具的兼容性也提出了更高的要求。

　　理想的DSP處理器

　　基于以上分析，針對(duì)圖像處理應(yīng)用的理想DSP處理器必須具備以下幾方面的特點(diǎn)：內(nèi)核處理能力強(qiáng);專門針對(duì)圖像處理的指令集;易于大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸挠布軜?gòu);高集成度;豐富的軟件模塊庫(kù);功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具。以下是對(duì)該類DSP處理器的代表系列——Blackfin匯聚處理器架構(gòu)的具體分析。

　　硬件特性

　　Blackfin DSP處理器基于由ADI 和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)，通過(guò)將傳統(tǒng)DSP和微控制器的優(yōu)點(diǎn)融為一體，兼顧了事件控制以及純算法運(yùn)算處理功能。其匯聚的單一內(nèi)核可提供高達(dá)756MHz的處理能力，不僅為處理復(fù)雜的預(yù)處理算法提供了強(qiáng)大性能保證，而且為整個(gè)系統(tǒng)的圖像處理和事件控制提供了強(qiáng)有力的硬件支持，從而允許工程師在單芯片上實(shí)現(xiàn)圖像預(yù)處理、圖像處理、系統(tǒng)控制，大大提高了系統(tǒng)的集成度。

　　Blackfin系列處理器的硬件架構(gòu)專門針對(duì)圖像處理進(jìn)行優(yōu)化，多個(gè)DMA通道和可靈活配置的Cache能很好地解決大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的圖像處理應(yīng)用要求。在圖像處理應(yīng)用中，雖然對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的傳輸也可由軟件實(shí)現(xiàn)，但是這樣會(huì)消耗掉大量的CPU時(shí)鐘周期，從而使DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力難以發(fā)揮。如果由DMA獨(dú)立負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，那么在系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)DMA進(jìn)行初始設(shè)置并啟動(dòng)后，DMA控制器就可在無(wú)需內(nèi)核參與的情況下直接把圖像數(shù)據(jù)從PPI接口傳輸至SDRAM存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，比如在進(jìn)行MPEG或JPEG處理的計(jì)算密集型算法中，一個(gè)靈活的DMA控制器能省去額外的數(shù)據(jù)通路。此外，通過(guò)二維DMA還能簡(jiǎn)化宏塊進(jìn)出外部存儲(chǔ)器的傳送，從而允許數(shù)據(jù)控制成為數(shù)據(jù)實(shí)際傳送的一部分，這對(duì)色彩空間元素的交叉和解交叉來(lái)說(shuō)非常方便也非常重要。因此，Blackfin處理器的這種特性在有效地解決了大批量圖像數(shù)據(jù)傳輸這一速度瓶頸的同時(shí)，又能讓DSP處理器抽出更多的資源從事算法處理工作，大幅提高了系統(tǒng)的處理能力。