基于DSP的水下視頻壓縮編碼系統(tǒng)研究.pdf

1、目前,隨著人類認識海洋能力的提高以及開發(fā)海洋資源的迫切需求,深海探測與作業(yè)技術已經(jīng)成為海洋開發(fā)研究的重要領域之一。在深海觀測作業(yè)中,目前最常用的方法是基于水下機器人(ROVs/AUVs')的視頻圖像觀測。視頻圖像觀測是最直接、最形象、最有效的深海近距離觀測方法。為了克服水聲信道傳輸速率的限制,水下機器人必須裝配高效的水下視頻壓縮編碼系統(tǒng),該系統(tǒng)可以對采集的海量水下視頻,針對水下圖像的特點,進行高效、快速壓縮與編碼,以滿足實時性的要求。為

2、此,本文使用高效的水下視頻壓縮編碼算法,根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點,設計出穩(wěn)定可靠的水下視頻編碼系統(tǒng),主要完成的研究工作包括如下兩個部分:
　　 (1)水下視頻壓縮編碼硬件系統(tǒng)的設計。為了既保證壓縮編碼處理的實時性,又確保編碼硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性等,該系統(tǒng)采用基于DSP(TMS320DM642)與FPGA(CycloneⅡEP2C35)相結合的硬件架構,DSP負責算法程序的執(zhí)行、驅動程序的控制、軟件線程的調度等,FPGA通過靈活的

3、擴展接口,負責硬件系統(tǒng)與外部電路系統(tǒng)(如水聲通信模塊、硬盤、SD卡)的通信;視頻處理模塊作為硬件系統(tǒng)的核心,包括DSP片上視頻口外設、視頻解碼器TVP5150AM1(負責復合視頻信號輸入)、視頻編碼器SAA7121H(負責復合視頻信號輸出)以及視頻DACADV7123(負責VGA信號輸出)。
　　 (2)水下視頻壓縮編碼系統(tǒng)驅動程序開發(fā)、算法移植以及優(yōu)化。基于DSP/BIOS實時操作系統(tǒng),設計了系統(tǒng)程序總體框架,其中包括硬件中斷

4、(HWI)線程、任務調度(TSK)線程,以及后臺管理(IDL)線程;根據(jù)TMS320DM642DSP視頻口的特點,改進了視頻口的通用驅動程序;使用Verilog硬件描述語言設計了FPGA硬件邏輯,從而實現(xiàn)了DSP與水聲通信模塊連接;DSP可以通過FPGA硬件邏輯控制看門狗定時器,當系統(tǒng)軟件運行異常時復位芯片可使系統(tǒng)進行復位;將基于VC++6.0平臺開發(fā)的水下視頻壓縮編碼軟件系統(tǒng)移植到DSP嵌入式平臺,并綜合運用了各種DSP優(yōu)化技術,如編