FPGA與多核DSP圖像處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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1、FPGA與多核DSP圖像處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)作者姓名王澤民指導教師姓名、職稱王軍寧教授申請學位類別工學碩士學校代碼10701學號1401120213分類號TN919密級公開西安電子科技大學碩士學位論文FPGA與多核DSP圖像處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)作者姓名：王澤民一級學科：信息與通信工程二級學科：通信與信息系統(tǒng)學位類別：工學碩士指導教師姓名、職稱：王軍寧教授學院：通信工程學院提交日期：2017年6月DesignandImplementationofFPGAandMulti-coreDSPImageProcessingSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITY

2、inpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByWangZeminSupervisor:WangJunningTitle:ProfessorJune2017西安電子科技大學學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學或其它教育機

3、構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同事對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文若有不實之處，本人承擔一切法律責任。本人簽名：日期：西安電子科技大學關于論文使用授權的說明本人完全了解西安電子科技大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權屬于西安電子科技大學。學校有權保留送交論文的復印件，允許查閱、借閱論文；學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨热荩试S采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，結合學位論文研究成果完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學。保密的學位論文在年解密后適用本授權書。本人簽名：導

4、師簽名：日期：日期：摘要摘要數(shù)字圖像處理技術,在整個信息處理技術中,占據(jù)著非常重要的地位。現(xiàn)如今，隨著超大規(guī)模集成電路設計工藝的高速發(fā)展，具備極高運算能力的先進處理器紛紛出現(xiàn)，使得高分辨率、高幀率圖像數(shù)據(jù)的實時處理，成為了可能。實時圖像處理技術，尤其是基于多核DSP+FPGA架構的實時圖像處理技術，因為該種方案本身所具有種種優(yōu)點，又成為了現(xiàn)今各項圖像處理新技術研究中的備受關注的焦點。作者在本文中設計并實現(xiàn)了一種基于XILINXV6系列FPGA和TITMS320C6657雙核DSP的實時圖像處理系統(tǒng)。系統(tǒng)選用TI多核DSP作為圖像數(shù)據(jù)運算的主處理器，用以實現(xiàn)數(shù)字圖像實時處理的核心算法。系統(tǒng)選用

5、XILINX公司Virtex系列高端FPGA作為協(xié)處理器和系統(tǒng)的主控制單元，用來協(xié)調系統(tǒng)中各個外設功能模塊，并完成圖像采集和顯示控制的功能。該系統(tǒng)的數(shù)字圖像輸入前端由SDI數(shù)字輸入端、USB3.0傳輸模塊、PAL制視頻圖像采集模塊共同構成。多核DSP與FPGA之間可選用uPP傳輸模式或者RapidIO高速數(shù)據(jù)通道進行雙工數(shù)據(jù)通信。實時圖像處理結果可由DVI、PAL顯示模塊進行顯示，也可通過USB3.0傳輸模塊傳回到上位主機中進行顯示及分析。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，作者采用了USB3.0傳輸模塊作為系統(tǒng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸入前端，實現(xiàn)了一種實時圖像處理系統(tǒng)與PC上位主機之間高速的、可熱插拔的雙工數(shù)據(jù)通信

6、模式。FPGA可通過USB3.0接口從上位PC主機中獲取數(shù)字圖像數(shù)據(jù)流，并將該高速并行圖像數(shù)據(jù)流經(jīng)過緩存處理后，通過多核DSP的uPP外設接口傳輸?shù)蕉嗪薉SP中。多核DSP將該并行圖像數(shù)據(jù)流處理完后，又可選擇通過uPP接口將處理結果傳輸回FPGA中。最終，F(xiàn)PGA可將經(jīng)過處理的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，通過圖像顯示外設接口，傳輸給顯示設備進行顯示。另外，為配合系統(tǒng)中的多核DSP更好地完成圖像目標實時追蹤識別算法的實現(xiàn)，提高系統(tǒng)數(shù)字圖像處理運算的效率。作者在上述自行設計的圖像處理系統(tǒng)平臺的FPGA上，完成了對數(shù)字圖像的濾波預處理工作以及圖像形狀特征提取算法的研究與實時實現(xiàn)。FPGA通過將8位灰度數(shù)字圖像進

7、行分割，然后提取圖像中邊緣、各個組成部分的連通域、型心、外接矩等重要的圖像形狀特征，為DSP后續(xù)的圖像目標追蹤匹配工作提供了極為重要的參考數(shù)據(jù)，極大地提高了系統(tǒng)整體圖像運算處理的實時性。關鍵詞：多核DSP，F(xiàn)PGA，實時數(shù)字圖像處理，USB3.0，形狀特征提取I西安電子科技大學碩士學位論文IIABSTRACTABSTRACTDigitalimageprocessingtechnology,isoccuping