基于DSP和FPGA的電視觀瞄系統(tǒng)設計

    本文介紹的電子消像旋系統(tǒng)采用Altera公司的StratixII系列FPGA芯片和ADI公司的ADSP2183為核心，可以滿足系統(tǒng)對功能、實時性及精度的要求。

    系統(tǒng)原理與基本結(jié)構(gòu)

    電視觀瞄系統(tǒng)由紅外熱像儀、主圖像處理板、DC/DC與差分轉(zhuǎn)換板、總線母板、控制接口板、顯示屏等部分組成。

電視觀瞄系統(tǒng)組成框圖如圖

    首先，紅外熱像儀生成觀瞄場景的數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)，以LVDS信號傳送到系統(tǒng)總線。這里采用LVDS視頻信號，主要是考慮本電視觀瞄系統(tǒng)要求在非�？量痰奈锢憝h(huán)境下工作，而LVDS方式具有良好的抗電磁干擾(EMI)能力，能夠很好地保證視頻信號在較長距離條件下的傳輸質(zhì)量。該消旋處理模塊共包含四個功能單元：(1)DC/DC轉(zhuǎn)換、LVDS與LVTTL相互轉(zhuǎn)換單元;(2)系統(tǒng)控制接口單元;(3)圖像處理單元;(4)其他單元。功能單元(1)完成系統(tǒng)電源及LVDS數(shù)字差分視頻到LVTTL數(shù)字視頻的轉(zhuǎn)換;系統(tǒng)控制單元(2)包含兩路串行接口和數(shù)據(jù)交換郵箱，完成信息交換;功能單元(3)是系統(tǒng)的核心部分，它實現(xiàn)對圖像的處理及保證精度的要求;單元(4)主要是系統(tǒng)電磁兼容性方面的設計及數(shù)據(jù)存儲單元。

    圖像處理模塊完成對數(shù)字視頻信號的流水處理，全部工作流程在DSP的控制下用FPGA器件實現(xiàn)視場中心的校正、旋轉(zhuǎn)、精度的計算、實時圖像插值等，最后,經(jīng)過消像旋處理的數(shù)字視頻流，再由DC/DC與差分轉(zhuǎn)換模塊中的LVDS Driver部分傳送給終端顯示。其中，紅外熱像儀控制電路設置兩路RS422串行通信口，通過串行口與熱像儀和圖像處理板交換數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)交換由熱像儀控制電路發(fā)起，每100ms通過RS422串行通信口1向熱像儀發(fā)送一次控制指令，直到收到熱像儀的接收響應回碼。紅外熱像儀控制電路板收到熱像儀的接收回碼后將該回碼通過RS422串行通信口2轉(zhuǎn)發(fā)給圖像處理板。按照這些控制命令的內(nèi)容，圖像處理板便根據(jù)這些命令完成字符迭加，供觀瞄顯示屏上顯示。

    系統(tǒng)設計

    在數(shù)字信號處理技術(shù)中，DSP+FPGA是目前比較通用的方式。通用DSP對系統(tǒng)進行管理，并協(xié)同功能強大的FPGA完成圖像算法，實現(xiàn)設計功能要求。

    消像旋是一種常用的的數(shù)字圖像處理技術(shù)，傳統(tǒng)的消像旋都是在二維平面中進行的，由于旋轉(zhuǎn)后圖像像素點坐標不再是整數(shù)，故旋轉(zhuǎn)后必須對像素點灰度進行二維插值運算，由于其運算過程復雜，運算量也大，尤其是當對旋轉(zhuǎn)后的圖像質(zhì)量要求較高時，需要采用高階數(shù)的插值運算，如3階、4階等，則運算量更大。因此單純采用軟件實現(xiàn)，其運算時間過長，實時性差，無法滿足高速圖像旋轉(zhuǎn)的要求，更不用說在視頻條件下使用。