基于多核DSP的實時圖像處理平臺研究.pdf

1、本文旨在研究高性能的多核DSP實時圖像處理平臺，為滿足光電成像跟蹤測量系統(tǒng)上，高幀頻、高分辨率實時圖像的處理，以及復雜背景下復雜多模圖像跟蹤算法的處理需求。在簡單介紹了實時圖像處理平臺體系架構的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，以及多核DSP技術在高性能計算領域的核心優(yōu)勢之后，就光電成像跟蹤測量系統(tǒng)上實時圖像處理平臺的性能特征進行了分析。
　　對于現(xiàn)有實時圖像處理平臺的體系架構局限、處理性能瓶頸等問題。本文在分析了處理平臺的構成方式、互聯(lián)網(wǎng)絡和存儲

2、結構之后，對比其處理平臺體系架構的繼承性，選擇了新一代緊密耦合的CPCI Express總線標準作為研究平臺的體系架構。通過介紹CPCI Express模塊板卡的標準規(guī)范和電氣特性，對CPCI Express背板設計和CPCI Express交換架構進行了細致的討論。系統(tǒng)的介紹了CPCI Express主控處理模塊與CPCI Express交換模塊、CPCI Express外設構成的緊密耦合CPCI Express實時圖像處理平臺，并對

3、其處理平臺的內(nèi)部結構原理、PCI Express接口技術等進行了詳細說明。
　　結合圖像處理任務在不同應用環(huán)境對處理平臺所表現(xiàn)出的性能要求。本文深入分析了高速實時圖像處理、多路圖像并行處理對平臺的數(shù)據(jù)流結構要求；分析了多模圖像跟蹤算法對處理平臺的硬件系統(tǒng)結構要求；分析了多源圖像數(shù)據(jù)融合處理對平臺內(nèi)部處理模塊間、處理模塊上芯片間的數(shù)據(jù)交互要求。此外，對平臺實現(xiàn)處理算法所要求的數(shù)據(jù)吞吐率帶寬進行了理論分析。
　　針對當前光電成像

4、跟蹤測量系統(tǒng)上，實時圖像處理平臺的數(shù)據(jù)輸入/輸出帶寬瓶頸問題。設計了實時圖像光端機，實現(xiàn)高速的Camera Link圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為光纖直接傳輸至實時圖像處理平臺。設計利用光纖高速串行傳輸互聯(lián)技術以及光纖滑環(huán)技術，實現(xiàn)多路實時圖像數(shù)據(jù)在機上、機下間的高帶寬、高可靠性穩(wěn)定傳輸。在此基礎上，開發(fā)設計了自定義的圖像光纖傳輸協(xié)議，利用該協(xié)議使得圖像數(shù)據(jù)在處理子系統(tǒng)、顯示子系統(tǒng)和記錄子系統(tǒng)間基于光纖的互聯(lián)。實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)真正意義上的實時傳輸、實時處理、

5、實時顯示和實時記錄。
　　在分析了多模圖像跟蹤算法思想的基礎上，結合FPGA的靈活并行流水結構和多核DSP的存儲資源共享特點，設計了基于FPGA+多核DSP結構的實時圖像處理模塊。對于圖像處理模塊上的數(shù)據(jù)流處理，采用 FPGA作為圖像并行處理的協(xié)處理器，配合多核DSP構成多處理通道的并行結構。利用FPGA的SIMD技術和多核DSP的VLIW技術相結合獲得了更高的處理性能。
　　在平臺內(nèi)部，設計了多核DSP實時圖像處理模塊間的

6、緊密耦合互聯(lián)網(wǎng)絡，光纖高速串行傳輸互聯(lián)網(wǎng)絡，以及模塊上的片間互聯(lián)結構。依據(jù)圖像并行處理技術，在實時圖像處理平臺上，對其實現(xiàn)思想和方法進行了說明。從多核DSP的片內(nèi)存儲資源共享結構、處理模塊上FPGA與多核DSP的片間存儲資源共享結構，闡述了圖像處理模塊的數(shù)據(jù)流并行處理能力。并進一步擴展了多塊多核DSP實時圖像處理模塊間的并行結構，充分挖掘了實時圖像處理平臺的并行處理性能。
　　最后，從運算性能、數(shù)據(jù)吞吐率、存儲帶寬和功耗四個方面，