圖像處理難點(diǎn)分析及處理器選擇

作者：時(shí)間：2012-09-24 來源：網(wǎng)絡(luò)

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: normal; LETTER-SPACING: normal; BACKGROUND-COLOR: rgb(255,255,255); orphans: 2; widows: 2; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">　　Blackfin系列處理器的硬件架構(gòu)專門針對圖像處理進(jìn)行優(yōu)化，多個(gè)DMA通道和可靈活配置的Cache能很好地解決大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的圖像處理應(yīng)用要求。在圖像處理應(yīng)用中，雖然對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的傳輸也可由軟件實(shí)現(xiàn)，但是這樣會消耗掉大量的CPU時(shí)鐘周期，從而使DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力難以發(fā)揮。如果由DMA獨(dú)立負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，那么在系統(tǒng)內(nèi)核對DMA進(jìn)行初始設(shè)置并啟動后，DMA控制器就可在無需內(nèi)核參與的情況下直接把圖像數(shù)據(jù)從PPI接口傳輸至SDRAM存儲器進(jìn)行存儲。另外，通過二維DMA還能簡化宏塊進(jìn)出外部存儲器的傳送，從而允許數(shù)據(jù)控制成為數(shù)據(jù)實(shí)際傳送的一部分，這對色彩空間元素的交叉和解交叉來說非常方便也非常重要。

　　針對圖像處理應(yīng)用，Blackfin系列DSP還在不斷強(qiáng)化硬件功能模塊的支持，比如，ADSP-BF54x系列Blackfin處理器的最新版本中增加了一個(gè)用于處理疊加圖像的硬件加速器和一個(gè)擴(kuò)展視頻接口，它使得色彩空間變換、縮放和圖像疊加等任務(wù)可以在無需處理器參與計(jì)算的情況下完成，從而減輕了內(nèi)核的處理壓力，為進(jìn)行更高性能、更高速度的圖像處理提供了更多空間。

　　軟件特性

　　在指令集方面，Blackfin系列DSP針對圖像處理提供了豐富的向量指令和視頻指令。其中向量指令可以實(shí)現(xiàn)對16位數(shù)的操作(大多指令可以并行完成兩個(gè)16位數(shù)的操作)。由于圖像處理運(yùn)算中大多是針對16位數(shù)的操作，因此，通過合理使用這些向量指令來優(yōu)化圖像運(yùn)算非常重要。不僅Blackfin指令集中的大多數(shù)算術(shù)指令和移位指令都有對應(yīng)的向量指令，而且，向量指令中還有根據(jù)符號相加、32位數(shù)轉(zhuǎn)16位數(shù)等特殊指令。在對圖像預(yù)處理的匯編優(yōu)化中合理的應(yīng)用這些向量指令，可以提高算法的并行度，并大大加快運(yùn)算速度。

　　視頻像素指令主要包括BYTEOP16P 、BYTEOP3P 、BYTEOPIP、SAA 、BYTEAPCK，以及BYTEUNAPCK等。一條視頻像素操作指令可以在一個(gè)周期內(nèi)完成4對視頻數(shù)據(jù)分量的加、減、加減混合、取平均值，或者相減并求絕對值等11種視頻像素運(yùn)算。由于視頻像素值一般都是按照8位存放的，所以使用視頻像素指令可以大大提高包括求SAD、像素插值、8位數(shù)和16位數(shù)直接轉(zhuǎn)換等在內(nèi)的各種視頻圖像運(yùn)算的速度。

　　安全特性

　　在安全性方面，ADI公司的Blackfin Lockbox Secure Technology通過提供一次可編程(OTP)存儲器與安全處理模式(Blackfin安全模式)，將軟件與硬件保護(hù)相結(jié)合，為開發(fā)人員提供實(shí)現(xiàn)以上安全措施的手段，其中，在OTP存儲器的公共、非安全、用戶可編程區(qū)域開發(fā)人員可以用來存儲公共密鑰，這樣可以通過可控制與可配置的方式來鑒別系統(tǒng)。而在OTP存儲器的私有、安全、用戶可編程區(qū)域，開發(fā)人員則可以設(shè)置私人密鑰等私有器件資產(chǎn)，并保持這些器件資產(chǎn)的機(jī)密性與完整性。

　　軟件模塊庫支持

　　ADI公司提供多種針對圖像處理的軟件模塊，包括H.264 Baseline Profile Decoder模塊、能夠按比例縮放具有不同輸入及輸出尺寸圖像的增強(qiáng)視頻后處理(eVPP)模塊、JPEG編碼器模塊MPEG-2 Decoder Simple Main Profile Decoder庫、MPEG-4 Simple Profile Advanced Simple Profile Decoder庫，以及MPEG-4 Simple Profile Advanced Simple Profile Video Encoder模塊等，它們都專門針對Blackfin處理器而優(yōu)化，并經(jīng)過業(yè)界嚴(yán)格驗(yàn)證。

　　ADI公司還專門針對圖像處理應(yīng)用推出了"Image Tool Box"軟件包，該軟件包由一系列專用模塊組成，并針對圖像處理算法的一些常用和基本函數(shù)進(jìn)行了專門優(yōu)化，可以進(jìn)行圖像變換、圖像分析與圖像增強(qiáng)、二值圖像操作以及形態(tài)學(xué)處理等圖像處理操作。這款軟件包有利于降低工程師的開發(fā)難度，加速上層算法的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化。

　　開發(fā)環(huán)境的支持

　　用于Blackfin系列DSP處理器開發(fā)應(yīng)用和工程管理的VisualDSP++開發(fā)環(huán)境主要包括集成了ViusalDSP++內(nèi)核的集成編譯和調(diào)試環(huán)境(DIDE);帶實(shí)時(shí)運(yùn)行庫的CC/++優(yōu)化編譯器;匯編器和鏈接器，以及仿真軟件和程序例程等。其中，編譯器允許程序開發(fā)人員用C或C++語言編寫信號處理和控制代碼，從而方便了系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。圖形化的友好用戶信息交換界面使工程師能夠在窗口中進(jìn)行工程管理、編輯、編譯和調(diào)試程序，并在其間快速輕松地切換。此外，VisualDSP++開發(fā)工具還與Green Hills軟件公司的MULTI環(huán)境、NI公司的LabVIEW軟件，以及MathWorks公司的MATLAB和Simulink軟件相兼容，為系統(tǒng)開發(fā)和模塊復(fù)用提供了一個(gè)更加便捷、寬松的環(huán)境。