2.3 接口設(shè)計(jì)

　　線陣CCD相機(jī)圖像灰度數(shù)據(jù)以串行方式及LVDS信號(hào)電平輸出。為了便于DSP串口接收，由FPGA進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并依據(jù)相關(guān)串行協(xié)議進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換。而壓縮圖像編碼則經(jīng)DSP串口輸出，由FPGA進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并依據(jù)壓縮機(jī)輸出接口時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。

　　遙控機(jī)輸出線有指令線、地線，在使用端上拉。指令整形輸出后如需要負(fù)脈沖可再外加一級(jí)反相器或在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。遙測(cè)接口分為模擬遙測(cè)、數(shù)字遙測(cè)和數(shù)據(jù)遙測(cè)三部分，模擬遙測(cè)主要針對(duì)電源(5V、1.5V、1.4V等)進(jìn)行遙測(cè)，遙測(cè)輸出電平為0～5V;數(shù)字遙測(cè)主要對(duì)分機(jī)中關(guān)鍵器件工作狀態(tài)進(jìn)行遙測(cè)，遙測(cè)輸出電平為TTL電平;數(shù)據(jù)遙測(cè)主要對(duì)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遙測(cè)。

　　3 壓縮算法在DSP實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)及并行處理

　　3.1 C6000系列CPU結(jié)構(gòu)與流水線

　　C6000系列CPU采用哈佛結(jié)構(gòu)，指令取指與執(zhí)行可以并行運(yùn)行。程序總線寬度為256bit，每一次取指操作都是取8條指令，成為一個(gè)取指包。取指、指令分配和指令譯碼都具備每周期讀取并傳遞8條32位指令的能力。C64xx系列CPU有兩個(gè)數(shù)據(jù)通路A和B，每個(gè)通路有4個(gè)功能單元(.L、.S、.M和.D)，不同的8個(gè)功能單元中的指令均可并行執(zhí)行。

　　現(xiàn)代微處理器把指令分成幾個(gè)子操作，每個(gè)子操作在微處理器內(nèi)部可由不同的部件來(lái)完成。在同一時(shí)間內(nèi)，可有多條指令交迭地在不同部件內(nèi)處理，這種工作方式就是“流水線”(pipeline)工作方式。TMS320C6000的特殊結(jié)構(gòu)可使多個(gè)指令包(每包最多8條指令)交迭地在不同部件內(nèi)處理，大大提高了微處理器的吞吐量。

　　3.2 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)溢出問題

　　TMS320C6000系列DSP的數(shù)據(jù)打包處理技術(shù)，可以使用寬長(zhǎng)度的存儲(chǔ)器對(duì)短字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)訪問，這樣可使編譯出的代碼性能顯著提高。壓縮算法在DSP實(shí)現(xiàn)中，采用short代替int來(lái)存儲(chǔ)圖像像素值和變換后的系數(shù)，并確保不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出。

　　對(duì)|T|的每一行求和，最大為2.8284。進(jìn)行行列兩次變換，最終變換系數(shù)最大為圖像像素值的8倍。當(dāng)圖像像素占8位或10位時(shí)，包括符號(hào)位1位，16位存儲(chǔ)變換系數(shù)不會(huì)溢出。

　　3.3 并行計(jì)算

　　壓縮算法核心軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　各子函數(shù)采用匯編語(yǔ)言編寫，在C6000系列DSP中優(yōu)化代碼的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)代碼的并行。針對(duì)C64XX系列處理器的指令特點(diǎn)，采取以下并行處理措施：

　　(1)雙通路。處理系數(shù)平均安排，分別分布在A、B兩通路;

　　(2)數(shù)據(jù)打包處理技術(shù)。用LDW和STW一次讀取和存儲(chǔ)兩個(gè)16位系數(shù);

　　(3)半字操作指令。每條指令處理兩個(gè)16位系數(shù);

　　(4)多功能單元。兩通路內(nèi)各8個(gè)系數(shù)的計(jì)算充分利用L、S、M和D四個(gè)功能單元。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

　　以一組40幅中科院遙感所提供的1024×1024×8圖像為樣本，用4：1和8：1兩種壓縮比，對(duì)遙感圖像壓縮系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下：

　　(1)壓縮比為4：1時(shí)，PSNR平均40dB以上，最低38dB;壓縮比為8：1時(shí)，PSNR平均35dB以上，最低32dB。

　　(2)對(duì)1024×1024×8圖像，壓縮比為4：1時(shí)，單DSP處理時(shí)間在64ms以下;壓縮比為8：1時(shí)，單DSP處理時(shí)間在48ms以下，為優(yōu)化前時(shí)間的1/30。

　　(3)單DSP內(nèi)部RAM能滿足2路相機(jī)數(shù)據(jù)及中間系數(shù)緩存要求;

　　(4)單路功耗在0.5W以下，整機(jī)功耗不足15W。

　　結(jié)果表明，數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，實(shí)際工作能滿足圖像質(zhì)量和高速實(shí)時(shí)處理要求。但從人工判圖的結(jié)果看，8：1壓縮時(shí)，算法小目標(biāo)保持情況不如JPEG2000。系統(tǒng)目前已進(jìn)入初樣階段，希望在算法尤其是編碼算法上繼續(xù)研究并優(yōu)化，進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。