[实用新型]基于多DSP并行处理的大容量图像数据实时压缩设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及信息处理领域，特别涉及基于多DSP并行处理的大容量图像数据实时压缩设备。

背景技术

对于大容量图像数据的实时压缩技术，由于数据量大且压缩算法复杂，需要硬件配合来提升算法运算速度。目前最广为采用的硬件实现方法包括：

(1)多FPGA的方案。

即通过多个FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)并行地对图像数据进行处理，该设计的好处是能够较好的满足图像压缩算法要求，同时存在如下一些弊端：

a)成本居高不下。在很多特殊应用场合，如卫星遥感、高空摄影等，需要采用宇航级或军品级器件，而这一层次的FPGA的价格远远高于DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)。建立在多FPGA结构体系上的硬件系统，其成本难以降低。

b)单粒子翻转效应。当高能带电粒子产生的重离子通过微电子器件时，容易产生电离，发生单粒子翻转效应，其导致的系统逻辑状态混乱，可能产生严重后果。多FPGA设计中，计算分解为FPGA内部大量基本逻辑门的运算。在空间环境中，这种结构加重了产生的逻辑门翻转效应的可能。

(2)基于ASIC(Application Specific Intergrated Circuits，专用集成电路)专用芯片的方案。

在小波图像压缩方面，主要有AD公司生成的ADV系列芯片，如ADV611/ADV612、ADV202等，如ADV202采用JPEG2000压缩算法，支持最高6级的9/7和5/3小波变换，内部包含一个专用的小波引擎，3个熵编码器，一个片内存储系统和一个嵌入式RISC处理器，在可逆模式下，ADV202能以40M byte/秒的速度处理图像，如果用于不可逆模式，采样速度可达65Mbyte/秒，满足PAL/NTSC等多种视频要求。

从对ADV202的使用来看，附以相应的外部RAM和外围接口，能获得良好的图像质量和满足要求的运算速度。ADV202的缺陷是：

a)只有专业级芯片，没有军品级和宇航级，可靠性方面存在隐患。

b)在恶劣的环境中，ADV202的抗辐照性能和抗单粒子翻转能力都不能提供有力的保证。

c)专业级芯片在严格的应用场合，使用前需要进行筛选，目前国内尚没有此筛选能力。而依托国外进行筛选，有器件封锁、保密等诸多方面的考虑。

d)自行研制出具有相当性能指标并能满足宇航要求的ASIC设计周期长，造价昂贵且风险高，成本也非常高。

本实用新型克服了以上方案存在的问题，设计了一种基于多DSP并行处理结构的大容量图像数据实时压缩设备。采用多DSP实现图像实时压缩具有如下优点：

a)DSP在数字图像处理领域具有优势。经测试，TMS320C641X型DSP在600MHz主频下，只用50％的运算能力就可以同时进行单通道MPEG-4视频编码、单通道MPEG-4视频解码和单通道MPEG-2视频解码的处理。

b)DSP在图像压缩算法实现过程中具有独特的优势。根据各自的结构特点，DSP适合需要复杂算法的应用领域，如多重if-then-else结构，而FPGA更适合前端(传感器)的应用，例如FIR滤波、CORDIC算法或FFT(Fast Fourier Transformation快速傅里叶变换)等。对于图像压缩算法，尤其是变换后的编码算法，有很多的循环、条件、跳转等操作，结构相当复杂，这些都更适合于DSP实现。

c)DSP具有高性能的并行处理能力。如TI公司的TMS320C6000系列DSP，片内有8个并行处理的功能单元：6个加法器和2个专门的硬件乘法器，8个功能单元在一个周期内最多可以同时执行8条32位指令。实际执行情况取决于并行算法设计的优劣，这给予开发人员充分发挥智慧和创造性的空间。开发人员可以结合算法和DSP并行处理能力，开发出高性能的并行算法，并采用DSP代码优化方法，大幅提高算法实现速度。

d)DSP成本相对FPGA较低。宇航级或军品级的FPGA价格远远高于DSP。由于基数较大，处理器价格差异带来的成本差异非常大。

实用新型内容

本实用新型克服了上述缺点，提供了一种基于多DSP并行处理的大容量图像数据实时压缩设备，以满足卫星遥感、高空摄影等应用场合的大容量图像数据处理的需求。