航空圖像壓縮系統的DSP設計及實(shí)現

　　1.4 試驗結果

　　采用標準圖像Zelda對本系統算法和Shaprio的零樹(shù)法(EZW)進(jìn)行測試比較。小波變換分解級數采用六級，試驗結果見(jiàn)表1。

　　從表1可以看出，本系統算法重構圖像的信噪比比零樹(shù)法平均高0.3dB，其性能的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。

2 軟件優(yōu)化

　　本系統算法采用C語(yǔ)言編程實(shí)現后，首先在A(yíng)TEME公司的NVDK6416開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行算法調試和代碼優(yōu)化，主要采用如下優(yōu)化手段。

　　2.1基于C語(yǔ)言環(huán)境的優(yōu)化

　　為了提高程序的執行效率，在編程實(shí)現算法時(shí)，應采用一些具體的優(yōu)化手段。在SPIHT編解碼中門(mén)限值的初始化和逐步降階中，對于2次冪整數的乘除運算可采用比特的移位操作來(lái)代替；盡量少使用局部變量，多使用全局變量和static變量；對于多次重復訪(fǎng)問(wèn)的變量，如for循環(huán)中的變量，可設置為register變量；函數調用時(shí)，盡量避免傳遞結構參數，一般用結構指針代替，如果結構是不可修改的，可用常量結構指針代替。

　　2.2 基于CCS的優(yōu)化

　　CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了很多現成的優(yōu)化方法，可以直接為開(kāi)發(fā)人員所用，常用的有編譯器法、使用字訪(fǎng)問(wèn)短型數據、合理采用Const關(guān)鍵字、使用內聯(lián)函數、循環(huán)展開(kāi)以及編寫(xiě)線(xiàn)性匯編等。

　　2.3 基于TMS320C6416硬件特征的優(yōu)化

　　TMS320C6416的片內存儲器容量較小，總共為1Mbit，采用了兩級緩存結構。在編制程序和存儲數據時(shí)，在內存滿(mǎn)足的情況下，應使用片內RAM和高速緩存，將核心代碼存儲在片內的高速緩存或RAM內；若片內內存容量不足，則把使用次數較少的數據放在片外RAM中進(jìn)行存儲。

　　采用DMA／EDMA傳輸數據是系統高速采集數據的一個(gè)重要手段，在圖像實(shí)時(shí)采集中應用非常廣泛。TMS320C6416的EDMA有多種地址生成方式，通過(guò)設置各個(gè)控制寄存器，可以方便地實(shí)現數據重排、一對多和多對一的數據交換等操作，利用這些操作可以大大提高程序效率。

　　對算法的關(guān)鍵代碼部分綜合采用上面的各種優(yōu)化措施，經(jīng)過(guò)反復實(shí)驗、測試、優(yōu)化，算法的執行效率得到了明顯的提高。優(yōu)化前后的時(shí)間結果比較見(jiàn)表2。

　　從表中可以看出，優(yōu)化后系統的執行效率提高了近20倍，較好地滿(mǎn)足了系統的實(shí)時(shí)性要求。

3 硬件實(shí)現

　　本系統采用TI公司的定點(diǎn)芯片TMS320C6416作為核心處理器。此芯片采用了VelociTI.2TM甚長(cháng)指令字(VLIW)結構，最高工作頻率達到720MHz，運算能力達5760 MIPS，是目前性能最高的DSP芯片，特別適合圖像壓縮等具有較大運算量的場(chǎng)合。由于數據的輸入速率和輸入量都非常大，因此將高速FIFO用于圖像數據緩存非常適合。FIFO只需數據總線(xiàn)和控制信號就可以對其進(jìn)行讀寫(xiě)，開(kāi)發(fā)十分方便；并且可以與TMS320C6416 DSP的同步FIFO進(jìn)行無(wú)縫接口。

　　圖2所示是系統壓縮板卡的設計原理框圖。

　　從CCD高分辨率相機送出的數據，經(jīng)過(guò)預處理后由時(shí)鐘信號控制存儲在同步FIFO中，當FIFO出現半滿(mǎn)標志時(shí)立即以中斷方式通知DSP到FIFO中讀取數據，同時(shí)在FIFO的另一端繼續存儲原圖像數據，并一直以這種方式存取數據。DSP收到中斷后立即從FIFO中讀取數據，然后對圖像進(jìn)行壓縮處理，處理完畢后送到雙口RAM(DPRAM)中，進(jìn)行調制處理后由發(fā)射機發(fā)射出去。

　　接收端首先利用接收機接收信號，然后進(jìn)行信號解調、小波反變換和SPIHT解碼，這可以通過(guò)PC機或地面工作站來(lái)進(jìn)行，這時(shí)只需相應的解壓縮軟件即可實(shí)現。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)際測試，結果表明本系統在保持良好的重構圖像的情況下較好地滿(mǎn)足了系統的實(shí)時(shí)性要求，并且其它設計指標也均滿(mǎn)足設計要求。本系統已經(jīng)在某航空圖像回傳系統中得到實(shí)際應用。

參考文獻

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