基于PCI總線的電視圖像處理仿真系統設計

摘要：為便于科研人員在電視圖像處理系統設計過程中對圖像處理的新算法進行評估和測試，降低評估測試板硬件電路的設計復雜性，在此提出了解決方案，并實現了基于PCI總線的電視圖像實時仿真系統的設計。該系統首先通過PCI插卡實現對電視圖像進行采集、預處理和視頻A／D轉換，然后選用具有高速特性的PCI總線將數字化后的數字圖像信息寫入計算機系統內存，最后在計算機終端上，使用高級語言編程，完成圖像處理和控制接口軟件開發，實現計算機軟件對PCI硬件設備的訪問，數字圖像的實時處理、分割、匹配等算法仿真。
關鍵詞：PCI總線；電視圖像；實時處理；數字圖像

0 引言
隨著電視圖像處理系統性能的提高，設計人員需要不斷采納新的數字圖像處理算法，如何對這些新算法進行評估，如何將理論設計轉化成工程應用成為設計人員關心的首要問題。
實現電視圖像信號處理需要設計一套復雜的電路系統，且硬件電路的設計應綜合考慮高速DSP芯片的開發、超大規模集成電路設計、視頻轉換、接口等復雜電路。設計印刷電路板和調試將占用設計人員較多的工作時間，較長的研制周期和較高的研制經費均不利于圖像處理新思路、新算法向工程應用的轉化。仿真系統能較大程度降低硬件電路設計的復雜性，縮短研制周期，有利于科研設計人員集中精力對新算法進行評估和測試。
能否實時采集和實時處理電視圖像信號是設計仿真系統的關鍵問題。鑒于微型計算機運算速度的提高和PCI總線的高速特性，基于PCI總線設計電視圖像處理系統的實時仿真系統成為了可能。本系統使用微型計算機仿真電視圖像處理系統來對圖像進行處理，使用PCI插卡電路，實現圖像數據采集數據的實時采集和發送。 PCI總線的發展，打破了傳統微型計算機數據傳送的瓶頸，傳統微型計算機總線的最大缺點是傳輸
速率太低，不能實現圖像數據的實時傳輸，更不能滿足圖像處理系統和大型應用程序的要求。PCI總線作為一種同步，且獨立于處理器的32位局部總線，其最高工作頻率為33 MHz，數據傳輸峰值吞吐率可達132Mb／s。因而用PCI總線傳送1場(256×256×32位數據)信號的時間不大于20 ms。由于電視信號存在空間和時間上的冗余，如對信號進行壓縮，則傳送一場信號所需的時間將會更短。因此，在仿真系統中，利用PCI總線將數據圖像信息直接傳輸到系統內存中，對數據進行實時傳輸、存儲和處理是可能的。

1 系統的結構與功能
由于采用了微型計算機作為數據處理系統，因而可使硬件電路設計的工作量大大降低，仿真系統僅需要設計一PCI插卡，就可實現圖像數據的適時采集和處理。系統的原理框圖如圖1所示。


采用PCI總線視頻處理卡對圖像進行預處理和視頻A／D轉換，再通過PCI總線將數字圖像信息寫入計算機系統內存，使用高級語言編程，實現數字圖像的預處理、分割、目標圖像處理、匹配等算法。