安防应用中图像处理难点分析及处理器选择

文章摘要： 视频像素指令主要包括BYTEOP16P (完成两个8位数加法操作)、BYTEOP3P （完成16位和8位数的加法操作)、BYTEOPIP（完成两个8位数求平均操作)、BYTEOPZP（完成四个8位数求平均操作)、BYTEOP16M（完成两个8位数减法操作)、SAA (完成求SAD操作)、BYTEAPCK （完成16位数转8位数操作)，以及BYTEUNAPCK（完成8位数转16位数操作)等。一条视频像素操作指令可以在一个周期内完成4对视频数据分量的加、减、加减混合、取平均值，或者相减并求绝对值等11种视频像素运算。由于视频像素值一般都是按照8位存放的，所以使用视频像素指令可以大大提高

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      视频像素指令主要包括BYTEOP16P (完成两个8位数加法操作)、BYTEOP3P （完成16位和8位数的加法操作)、BYTEOPIP（完成两个8位数求平均操作)、BYTEOPZP（完成四个8位数求平均操作)、BYTEOP16M（完成两个8位数减法操作)、SAA (完成求SAD操作)、BYTEAPCK （完成16位数转8位数操作)，以及BYTEUNAPCK（完成8位数转16位数操作)等。一条视频像素操作指令可以在一个周期内完成4对视频数据分量的加、减、加减混合、取平均值，或者相减并求绝对值等11种视频像素运算。由于视频像素值一般都是按照8位存放的，所以使用视频像素指令可以大大提高包括求SAD、像素插值、8位数和16位数直接转换等在内的各种视频图像运算的速度。

安全特性
      在安全性方面，ADI公司的Blackfin Lockbox Secure Technology通过提供一次可编程(OTP)存储器与安全处理模式(Blackfin安全模式)，将软件与硬件保护相结合，为开发人员提供实现以上安全措施的手段，其中，在OTP存储器的公共、非安全、用户可编程区域开发人员可以用来存储公共密钥，这样可以通过可控制与可配置的方式来鉴别系统。而在OTP存储器的私有、安全、用户可编程区域，开发人员则可以设置私人密钥等私有器件资产（deviceassets），并保持这些器件资产的机密性与完整性。此外，在Blackfin处理器上使用安全模式后，处理器只能在安全处理环境内执行授权的信任编码。包括保护秘密（如原始设备制造商知识产权）、为保护电子商务与社会网络而验证器件和用户身份、以及数字版权（DRM）内容保护。从而为图像预处理方案的各个环节提供了量身定做的安全保护功能。

     软件模块库支持

      除了以上Blackfin DSP在硬件架构和指令集方面对图像处理的支持外，ADI公司还提供多种针对图像处理的软件模块，包括H.264 Baseline Profile Decoder模块、能够按比例缩放具有不同输入及输出尺寸图像的增强视频后处理（eVPP）模块、JPEG编码器模块MPEG-2 Decoder Simple & Main Profile Decoder库、MPEG-4 Simple Profile & Advanced Simple Profile Decoder库，以及MPEG-4 Simple Profile & Advanced Simple Profile Video Encoder模块等，它们都专门针对Blackfin处理器而优化，并经过业界严格验证。这些软件模块能够大幅降低系统工程师的开发难度，并显著提高系统效率。

      此外，ADI公司还专门针对图像处理应用推出了“Image Tool Box”软件包，该软件包由一系列专用模块组成，并针对图像处理算法的一些常用和基本函数进行了专门优化，可以进行图像变换、图像分析与图像增强、二值图像操作以及形态学处理等图像处理操作。这款软件包有利于降低工程师的开发难度，加速上层算法的实现和优化。

      开发环境的支持

      用于Blackfin系列DSP处理器开发应用和工程管理的VisualDSP++开发环境主要包括集成了ViusalDSP++内核的集成编译和调试环境(DIDE)；带实时运行库的CC/++优化编译器；汇编器和链接器，以及仿真软件和程序例程等。其中，编译器允许程序开发人员用C或C++语言编写信号处理和控制代码，从而方便了系统的开发和维护。图形化的友好用户信息交换界面使工程师能够在窗口中进行工程管理、编辑、编译和调试程序，并在其间快速轻松地切换。此外，VisualDSP++开发工具还与Green Hills软件公司的MULTI环境、NI公司的LabVIEW软件，以及MathWorks公司的MATLAB和Simulink软件相兼容，为系统开发和模块复用提供了一个更加便捷、宽松的环境。

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      基于以上多方面的挑战，在图像预处理主芯片的选择上，以控制能力见长的传统MCU并不适合庞大、复杂的算法处理；ASIC虽然在运算速度和功耗方面具有一定的优势，但其成本高、灵活性差，且不利于升级和修改，因此无法满足预处理算法个性化的灵活性需求；FPGA并行处理的架构虽然具备了强大的数据处理能力，但价格、功耗，以及开发难度方面的缺点使其很难成为图像预处理的主流选择；而DSP则以强大的数据处理能力和软件可编程能力成为图像预处理主芯片的主流选择。 除了以上挑战，从系统设计的角度来讲，还面临以下几方面的需求：其一，虽然图像预处理和图像处理工作巨大，但是工程师并不希望采用多个芯片来处理这件事情。因为信号处理和控制系统分别运行于不同处理器的传统DSP架构已经让工程师非常头疼，如果再把图像预处理和图像处理分开，则更加大了工程师进行系统开发、系统联调、系统维护的难度。因此，对于系统设计中的主芯片DSP来说，还面临集成度的要求——有没有可能在单芯片上实现图像预处理、图像处理，甚至包括系统控制等功能。

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