航空圖像壓縮系統的DSP設計及實現

　　1.4 試驗結果

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

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

2 軟件優化

　　本系統算法采用C語言編程實現后，首先在ATEME公司的NVDK6416開發板上進行算法調試和代碼優化，主要采用如下優化手段。

　　2.1基于C語言環境的優化

　　為了提高程序的執行效率，在編程實現算法時，應采用一些具體的優化手段。在SPIHT編解碼中門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；對于多次重復訪問的變量，如for循環中的變量，可設置為register變量；函數調用時，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的優化

　　CCS集成開發環境提供了很多現成的優化方法，可以直接為開發人員所用，常用的有編譯器法、使用字訪問短型數據、合理采用Const關鍵字、使用內聯函數、循環展開以及編寫線性匯編等。

　　2.3 基于TMS320C6416硬件特征的優化

　　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，在內存滿足的情況下，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中進行存儲。

　　采用DMA／EDMA傳輸數據是系統高速采集數據的一個重要手段，在圖像實時采集中應用非常廣泛。TMS320C6416的EDMA有多種地址生成方式，通過設置各個控制寄存器，可以方便地實現數據重排、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。

　　對算法的關鍵代碼部分綜合采用上面的各種優化措施，經過反復實驗、測試、優化，算法的執行效率得到了明顯的提高。優化前后的時間結果比較見表2。

　　從表中可以看出，優化后系統的執行效率提高了近20倍，較好地滿足了系統的實時性要求。

3 硬件實現

　　本系統采用TI公司的定點芯片TMS320C6416作為核心處理器。此芯片采用了VelociTI.2TM甚長指令字(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只需數據總線和控制信號就可以對其進行讀寫，開發十分方便；并且可以與TMS320C6416 DSP的同步FIFO進行無縫接口。

　　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，經過預處理后由時鐘信號控制存儲在同步FIFO中，當FIFO出現半滿標志時立即以中斷方式通知DSP到FIFO中讀取數據，同時在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，然后對圖像進行壓縮處理，處理完畢后送到雙口RAM(DPRAM)中，進行調制處理后由發射機發射出去。

　　接收端首先利用接收機接收信號，然后進行信號解調、小波反變換和SPIHT解碼，這可以通過PC機或地面工作站來進行，這時只需相應的解壓縮軟件即可實現。

　　經過實際測試，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足了系統的實時性要求，并且其它設計指標也均滿足設計要求。本系統已經在某航空圖像回傳系統中得到實際應用。

參考文獻

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