安防应用中图像处理难点分析及处理器选择

理想的DSP处理器

基于以上分析，针对图像处理应用的理想DSP处理器必须具备以下几方面的特点：内核处理能力强；专门针对图像处理的指令集；易于大量数据传输的低功耗硬件架构；高集成度；丰富的软件模块库；功能强大的开发工具。以下是对该类DSP处理器的代表系列--Blackfin汇聚处理器架构的具体分析。

硬件特性

Blackfin DSP处理器基于由ADI 和Intel公司联合开发的微信号架构（MSA），通过将传统DSP和微控制器的优点融为一体，兼顾了事件控制以及纯算法运算处理功能。其汇聚的单一内核可提供高达756MHz的处理能力，不仅为处理复杂的预处理算法提供了强大性能保证，而且为整个系统的图像处理和事件控制提供了强有力的硬件支持，从而允许工程师在单芯片上实现图像预处理、图像处理、系统控制，大大提高了系统的集成度。

Blackfin系列处理器的硬件架构专门针对图像处理进行优化，多个DMA通道和可灵活配置的Cache能很好地解决大运算量、高数据吞吐率的图像处理应用要求。在图像处理应用中，虽然对图像数据进行的传输也可由软件实现，但是这样会消耗掉大量的CPU时钟周期，从而使DSP的高速数据处理能力难以发挥。如果由DMA独立负责数据传输，那么在系统内核对DMA进行初始设置并启动后，DMA控制器就可在无需内核参与的情况下直接把图像数据从PPI接口传输至SDRAM存储器进行存储，比如在进行MPEG或JPEG处理的计算密集型算法中，一个灵活的DMA控制器能省去额外的数据通路。此外，通过二维DMA还能简化宏块进出外部存储器的传送，从而允许数据控制成为数据实际传送的一部分，这对色彩空间元素的交叉和解交叉来说非常方便也非常重要。因此，Blackfin处理器的这种特性在有效地解决了大批量图像数据传输这一速度瓶颈的同时，又能让DSP处理器抽出更多的资源从事算法处理工作，大幅提高了系统的处理能力。

而且，针对图像处理应用，Blackfin系列DSP还在不断强化硬件功能模块的支持，比如，ADSP-BF54x系列Blackfin处理器的最新版本中增加了一个用于处理叠加图像(Pixel Compositor)的硬件加速器和一个扩展视频接口(EPPI)，它使得色彩空间变换、缩放和图像叠加等任务可以在无需处理器参与计算的情况下完成，从而减轻了内核的处理压力，为进行更高性能、更高速度的图像处理提供了更多空间。

软件特性

在指令集方面，Blackfin系列DSP针对图像处理提供了丰富的向量指令和视频指令。其中向量指令可以实现对16位数的操作（大多指令可以并行完成两个16位数的操作）。由于图像处理运算中大多是针对16位数的操作，因此，通过合理使用这些向量指令来优化图像运算非常重要。不仅Blackfin指令集中的大多数算术指令和移位指令都有对应的向量指令，而且，向量指令中还有根据符号相加、32位数转16位数等特殊指令。在对图像预处理的汇编优化中合理的应用这些向量指令，可以提高算法的并行度，并大大加快运算速度。

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。