CN105516624A - 一种基于多核dsp的多通道图像采集处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，包括能够同时采集多路图像数据送往后端进行并行处理的多路PAL制式模拟CCD摄像头、对各路PAL制式模拟CCD摄像头采集得到的模拟PAL制式视频信号进行滤波处理的滤波网络、对滤波处理完的数据进行模数转换的视频解码芯片、能够并行采集多路解码处理得到的数字视频信号的FPGA芯片、接收多路图像数据的多核DSP单元以及接收多核DSP单元处理完的数据并进行实时显示和存储的PC终端。本发明能够同时连接多个模拟PAL制式CCD摄像头，并行采集多个场景图像，并可利用DSP的多核特性，实现了多场景并行实时处理。

Description

一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统
技术领域
本发明涉及一种图像采集处理系统，具体涉及一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统。
背景技术
图像处理采集系统在工业领域应用十分广泛，例如人脸识别、智能数字监控、纸张污点分析、多路图像拼接等等。目前这些应用广泛的图像采集处理系统往往使用的是专用的图像处理DSP，这类DSP的优势在于具有VideoPort，可以直接通过视频解码芯片连接PAL制式的模拟CCD摄像头，但是缺点在于这类DSP的运算能力有限，往往不能支持并行多通道实时图像处理算法，并且单芯片可接入的CCD摄像头数量较少。高端的通用多核DSP单核心具有高运算性能，往往还具有同时支持浮点运算能力，多个核心的特点又使得这类DSP支持多通路并行处理，但是通用的多核DSP的缺点在于不具有VideoPort，使得这类DSP在连接PAL制式模拟CCD摄像头时复杂性加大，成本也相应增加，所以通用多核DSP往往凭借其具有千兆网接口的优势应用于连接千兆网摄像机的场合，而千兆网摄像机的成本又远远大于传统的PAL制式模拟CCD摄像头。
在多通道而又不需要超高清图像的应用场合，例如多路人脸识别系统中，无论是专用的图像处理DSP还是通用的多核DSP往往都面临着两难。前者是因为性能不足，需要大量芯片，板卡尺寸、复杂度、成本都相应增加；后者则因为不具有专用的视频接口，当连接多路PAL制式模拟CCD摄像头时，面临着相同的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，针对通用多核DSP连接模拟PAL制式CCD摄像机的复杂性，本发明提供了一种低采集成本的基于多核DSP的多通道图像处理采集系统，能够同时连接多个模拟PAL制式CCD摄像头，并行采集多个场景图像，并可利用DSP的多核特性，实现多场景并行实时处理。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，包括能够同时采集多路图像数据送往后端进行并行处理的多路PAL制式模拟CCD摄像头、对各路PAL制式模拟CCD摄像头采集得到的模拟PAL制式视频信号进行滤波处理的滤波网络、对滤波处理完的数据进行模数转换的视频解码芯片、能够并行采集多路解码处理得到的数字视频信号的FPGA芯片、接收多路图像数据的多核DSP单元以及接收多核DSP单元处理完的数据并进行实时显示和存储的PC终端，所述多核DSP单元具有多个核心，每个DSP核心处理一路图像数据。
进一步地，所述FPGA芯片利用Ping-Pong操作将每帧数据送入多核DSP单元的存储器中。
进一步地，所述PAL制式模拟CCD摄像头的数量为8个。
进一步地，所述FPGA芯片外挂了两片SRAM芯片，所述FPGA芯片利用两片SRAM实现Ping-Pong操作。
进一步地，所述多核DSP单元和FPGA芯片之间为SRIO5G4X数据传输链路。
进一步地，所述多核DSP单元和PC终端之间为PCIE1X接口。
进一步地，所述视频解码芯片为TITVP5150芯片。
进一步地，所述FPGA芯片为XilinxXC6SLX150TFGG676。
进一步地，所述多核DSP单元选用TITMS320C6678芯片。
进一步地，各路PAL制式模拟CCD摄像头通过同轴线延伸到各个应用场景。
有益效果：本发明与现有技术相比，实现了通用多核DSP与多路模拟PAL制式CCD摄像机的连接，该图像处理系统能够同时连接多个模拟PAL制式CCD摄像头，并行采集多个场景图像，并可利用DSP的多核特性，实现了多场景并行实时处理。
附图说明
图1为本发明基于多核DSP的多通道图像采集处理系统的结构示意图；
图2为本发明中FPGA芯片Ping操作的示意图；
图3为本发明中FPGA芯片Pong操作的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，包括能够同时采集多路图像数据送往后端进行并行处理的8路PAL制式模拟CCD摄像头简称为PAL摄像头11、对各路PAL摄像头11采集得到的模拟PAL制式视频信号进行滤波处理的滤波网络12、对滤波处理完的数据进行模数转换的视频解码芯片13、能够并行采集8路解码处理得到的数字视频信号的FPGA芯片14、接收多路图像数据的多核DSP单元17以及接收多核DSP单元17处理完的数据并进行实时显示和存储的PC终端19，所述多核DSP单元17具有多个核心，每个DSP核心处理一路图像数据，所述FPGA芯片14利用Ping-Pong操作将每帧数据送入多核DSP单元17的存储器中，所述FPGA芯片14外挂了两片SRAM芯片，分别为第一SRAM芯片15和第二SRAM芯片16，所述FPGA芯片利用第一SRAM芯片15和第二SRAM芯片16实现Ping-Pong操作，所述多核DSP单元17和FPGA芯片14之间为SRIO5G4X数据传输链路，所述多核DSP单元17和PC终端19之间为PCIE1X接口。
所述系统中可将PAL摄像头11布置到各个场景，通过同轴线缆拉到该图像采集处理系统前端，接入系统后，通过系统的滤波网络12对模拟信号进行改善，进而送入视频解码芯片13，视频解码芯片13可将输入的PAL制式模拟视频信号转换成ITU-RBT.6568-Bit4：2：2制式的数字视频码流，码流中包含了场同步信号、行同步信号，同时该信号输出像素时钟可用于同步，系统中8路的视频解码芯片13同时对8路PAL制式模拟视频信号进行采集转换，然后同时送入FPGA芯片14，FPGA芯片14利用内部的逻辑资源，并行地处理8路视频码流，通过场同步信号、行同步信号以及像素周期，从而剥离出有效的像素点数据，该数据为YCbCr4：2：2格式，包含了场景图像的灰度和彩色信息，FPGA芯片14利用Ping-Pong操作，一边缓存当前8路视频解码芯片13送来的8个场景的图像数据到第一SRAM芯片15，一边将第二SRAM芯片16中已经缓存好的上一帧的图像数据通过RapidIO接口传送到多核DSP单元17，按照每个场景640×480个像素点，而YCbCr格式中平均每个像素点需要2个字节，则8个场景的一帧的图像数据为640×480×2×8×8=37.5Mb，而视频解码芯片13每秒输出25帧的图像数据，则总的数据带宽为37.5Mb×25=937.5Mb/s，多核DSP单元17与FPGA芯片14之间的RapidIO接口采用5G4X链路，理论带宽可达20Gbps，完全可以满足8路图像数据的传输，具体地来说，FPGA芯片14根据场同步信号的到来，判断出一帧的结束以及新一帧的开始，此时FPGA芯片14通过RapidIO将图像数据打包成SWRITE包，写入到多核DSP单元17外挂的SDRAM芯片18中进行缓存，发送结束后，FPGA芯片14再向多核DSP单元17发送一个Doorbell包，从而在多核DSP单元17端产生一个中断，当多核DSP单元17收到该Doorbell中断后，则进行响应，多核DSP单元17的每个核通过DMA从指定的SDRAM芯片18的位置中将要处理的该路的图像数据搬移到待处理区间，从而进行处理，这期间DSP的多核是并行进行的，也就实现了多核实时并行处理多路视频图像的功能，当多核DSP单元17处理完图像数据后，再通过PCIE接口，将处理结果发送到PC终端19，PC终端19上的程序调用PCIE驱动函数，读取多核DSP单元17传输进来的图像处理结果，从而进行显示、存储。
本发明中视频解码芯片13可选用TITVP5150芯片，该芯片内部具有一个高速的9bitADC对PAL制式模拟视频信号进行采集；FPGA芯片14可选用XilinxXC6SLX150T2FG676C芯片，该芯片具有396个用户IO以及147443个LogicCell，并具有GTX接口，能够满足8路视频处理的IO需求、逻辑资源需求及接口高传输带宽需求；多核DSP单元17采用的是KeystoneIDSPTMS320C6678芯片，该DSP芯片内部包含8个C66xDSP核，每个核可工作在1.25GHz，同时支持定点、浮点运算，最大运算性能可达40GMAC/s/Core及20GFLOP/s/Core，并集成了RapidIO接口以及PCIE接口，满足了系统接口高带宽需求。
图2、图3分别示出了图1实施例中FPGA图像采集单元中Ping、Pong操作的示意图，如图2所示，在一个图像帧时序内，进行Ping操作，即FPGA芯片14内部的多路视频控制接口将输入的8路视频码流写入第一SRAM芯片15，并从第二SRAM芯片16中读取上一帧的8路图像数据送入SRIO接口，从而传输到多核DSP单元17；如图3所示，在下一个图像帧时序内，进行Pong操作，即FPGA芯片14内部的多路视频控制接口将输入的8路视频码流写入第二SRAM芯片16，并从第一SRAM芯片15中读取上一帧的8路图像数据送入SRIO接口，从而传输到多核DSP单元17。如此Ping-Pong切换操作，实现了在一个图像帧时序内，一片SRAM总是被写，另一片SRAM总是被读，从而保证了SRAM操作的高带宽。

Claims (10)

1.一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：包括能够同时采集多路图像数据送往后端进行并行处理的多路PAL制式模拟CCD摄像头、对各路PAL制式模拟CCD摄像头采集得到的模拟PAL制式视频信号进行滤波处理的滤波网络、对滤波处理完的数据进行模数转换的视频解码芯片、能够并行采集多路解码处理得到的数字视频信号的FPGA芯片、接收多路图像数据的多核DSP单元以及接收多核DSP单元处理完的数据并进行实时显示和存储的PC终端，所述多核DSP单元具有多个核心，每个DSP核心处理一路图像数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述FPGA芯片利用Ping-Pong操作将每帧数据送入多核DSP单元的存储器中。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述PAL制式模拟CCD摄像头的数量为8个。
4.根据权利要求2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述FPGA芯片外挂了两片SRAM芯片，所述FPGA芯片利用两片SRAM实现Ping-Pong操作。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述多核DSP单元和FPGA芯片之间为SRIO5G4X数据传输链路。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述多核DSP单元和PC终端之间为PCIE1X接口。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述视频解码芯片为TITVP5150芯片。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述FPGA芯片为XilinxXC6SLX150TFGG676芯片。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：所述多核DSP单元选用TITMS320C6678芯片。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于多核DSP的多通道图像采集处理系统，其特征在于：各路PAL制式模拟CCD摄像头通过同轴线延伸到各个应用场景。
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