基于四核DSP的視頻交通檢測系統設計方案

交通信息視頻檢測系統是通過(guò)圖像分析的方式獲取交通信息數據的設備，是智能交通系統ITS(Intelligent Transportation Systems) 的重要組成部分[1-2]。此系統以道路上方架設的攝像機作為傳感器，將路面交通圖像傳到交通信息視頻檢測系統，對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，提取出車(chē)輛運行交通信息數據(包括車(chē)流量、車(chē)速度、車(chē)輛密度等)，通過(guò)一定的通信鏈路發(fā)給交通信息控制中心。此類(lèi)系統具有準確度高、壽命長(cháng)、易維護等優(yōu)點(diǎn)。另外，大量的交通圖像數據和不斷發(fā)展的處理算法以及各種現實(shí)需求對硬件系統性能的要求越來(lái)越高，單一處理器必將不能滿(mǎn)足需要，并行、通用且處理能力強大的多處理器系統逐漸受到重視和應用。本文提出一種新型的基于四核DSP并行體系結構的交通信息視頻檢測系統的設計方案，采用4個(gè)DSP處理器并行處理圖像數據，極大提高了系統數據處理能力和傳輸性能。

1視頻檢測系統整體方案

目前交通信息視頻檢測系統較為復雜，而且穩定性不高、價(jià)格昂貴、實(shí)時(shí)性不強，需要專(zhuān)人管理，操作較為繁瑣。本設計系統框圖如圖1所示采用4核DSP結構，通過(guò)4個(gè)系統單元間通信接口的連接，將4個(gè)數字信號處理器DSP相結合，體現了4微處理器系統的優(yōu)勢。系統單元實(shí)現檢測算法并與外部設備交換數據。系統工作時(shí)，CCD攝像頭采集車(chē)流圖像信號經(jīng)模數轉換得到數字視頻數據，數字視頻數據存入視頻緩沖器FIFO中，存滿(mǎn)一行后向4×DSP系統發(fā)出中斷請求信號；DSP中斷CPU，將數字視頻數據傳輸到內部存儲器SDRAM中，完成數字視頻圖像的采集和YUV變量分離，合成一幀完整的數字圖像數據；然后產(chǎn)生中斷通知算法處理程序對圖像進(jìn)行處理，結果存儲在DSP地址空間約定好的緩沖區里，等待外部設備取走檢測結果，以作后續處理。

2 DSP簡(jiǎn)介

DSP(數字信號處理器)自從1982年誕生以來(lái)，獲得了飛速的發(fā)展。本文采用4顆TI(Texas Instrument)公司高端DSP-TMS320C6416所設計，具有主頻高、雙套外部地址和數據總線(xiàn)等特點(diǎn)，非常適用于圖像處理等領(lǐng)域。有關(guān)該芯片的特點(diǎn)如下，詳細資料可見(jiàn)參考文獻[3]。

(1) DSP內核采用超長(cháng)指令字（VLIW）體系結構，有8個(gè)功能單元、64個(gè)32　　 bit通用寄存器。一個(gè)時(shí)鐘周期同時(shí)執行8條指令，運算能力可達到 4800MIPS（每秒百萬(wàn)條指令），支持8/16/32/64 bit的數據類(lèi)型。兩個(gè)乘法累加單元一個(gè)時(shí)鐘周期可同時(shí)執行4組16×16 bit乘法或8 組8×8bit乘法，每個(gè)功能單元在硬件上都增加了附加功能，增強了指令集的正交性。除此之外還增加了一些指令用以削減代碼長(cháng)度和增加寄存器的靈活性；

(2)為使數據能保持對超快速DSP內核的供給，TMS320C6416采用了兩級超高速緩存器，即16 KB的一級數據Cache、16 KB的一級程序Cache和1 024 KB的數據和程序統一內存。為了達到更大的擴展，1 024 KB內存中的256 KB存儲空間可設置用作二級Cache；

(3)TMS320C6416的存儲器接口提供了到SDRAM、SBSRAM、異步器件如SRAM/ROM等存儲器的無(wú)終端接口，也可連接到外部I/O器件;

(4)在TMS320C6416 中，增加了一個(gè)PCI接口，支持32bit寬的地址和數據復用總線(xiàn)，工作頻率最高為33MHz；

(5)DSP器件比通用CPU家族的動(dòng)輒幾十瓦而言，其功耗一般在數瓦甚至毫瓦量級，這在各種功耗敏感場(chǎng)合顯示出獨特的優(yōu)勢，同時(shí)省去了繁雜的散熱系統。本文采用C6416，I/O電壓為3.3 V，內核電壓為1.2 V。當時(shí)鐘頻率為600 MHz時(shí)，DSP的最大功耗小于1.6 W。

2.1 4×DSP的并行圖像處理系統

使用4個(gè)TI公司高端數字信號處理器TMS320C6416構建一種新型的并行圖像處理系統。該系統通過(guò)一個(gè)同步4口SRAM和系統總線(xiàn)構成互連結構，兼有緊耦合并行系統和松耦合并行系統的優(yōu)點(diǎn)[4]。