安防應用中圖像處理難點分析及處理器選擇

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

　　除了以上挑戰(zhàn)，從系統(tǒng)設計的角度來講，還面臨以下幾方面的需求：其一，雖然圖像預處理和圖像處理工作巨大，但是工程師并不希望采用多個芯片來處理這件事情。因為信號處理和控制系統(tǒng)分別運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，如果再把圖像預處理和圖像處理分開，則更加大了工程師進行系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)維護的難度。因此，對于系統(tǒng)設計中的主芯片DSP來說，還面臨集成度的要求——有沒有可能在單芯片上實現(xiàn)圖像預處理、圖像處理，甚至包括系統(tǒng)控制等功能。

　　其二，隨著包括預處理在內(nèi)的整個圖像處理算法復雜性的不斷增加，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，還應該在軟件上提供針對該處理器專門優(yōu)化的指令集，從而幫助工程師降低對處理器物理架構(gòu)的熟悉難度，最大限度的駕馭、發(fā)揮處理器的特性，盡快開發(fā)出精簡、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，面對日益復雜的圖像處理和產(chǎn)品上市時間的壓力，工程師還期望處理器供應商能夠分擔一些他們的工作——比如，提供專門針對該處理器優(yōu)化、僅占極少量時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發(fā)流程，并加速軟件移植。

　　另外，功能強大、界面友好、簡單易學的開發(fā)工具也是系統(tǒng)開發(fā)中工程師要求的重點，而且隨著系統(tǒng)復雜度和模塊復用性需求的增加，對開發(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，針對圖像處理應用的理想DSP處理器必須具備以下幾方面的特點：內(nèi)核處理能力強;專門針對圖像處理的指令集;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;功能強大的開發(fā)工具。以下是對該類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)合開發(fā)的微信號架構(gòu)(MSA)，通過將傳統(tǒng)DSP和微控制器的優(yōu)點融為一體，兼顧了事件控制以及純算法運算處理功能。其匯聚的單一內(nèi)核可提供高達756MHz的處理能力，不僅為處理復雜的預處理算法提供了強大性能保證，而且為整個系統(tǒng)的圖像處理和事件控制提供了強有力的硬件支持，從而允許工程師在單芯片上實現(xiàn)圖像預處理、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)專門針對圖像處理進行優(yōu)化，多個DMA通道和可靈活配置的Cache能很好地解決大運算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的圖像處理應用要求。在圖像處理應用中，雖然對圖像數(shù)據(jù)進行的傳輸也可由軟件實現(xiàn)，但是這樣會消耗掉大量的CPU時鐘周期，從而使DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力難以發(fā)揮。如果由DMA獨立負責數(shù)據(jù)傳輸，那么在系統(tǒng)內(nèi)核對DMA進行初始設置并啟動后，DMA控制器就可在無需內(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存儲器進行存儲，比如在進行MPEG或JPEG處理的計算密集型算法中，一個靈活的DMA控制器能省去額外的數(shù)據(jù)通路。此外，通過二維DMA還能簡化宏塊進出外部存儲器的傳送，從而允許數(shù)據(jù)控制成為數(shù)據(jù)實際傳送的一部分，這對色彩空間元素的交叉和解交叉來說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，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。