基于多內(nèi)核處理器ADSPBF561的高性能視頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要： 給出了一種基于ADSPBF561多內(nèi)核處理器的高性能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案選擇BF561雙DSP核處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能視頻處理算法， 并選用ADV7183B來(lái)對(duì)CCD圖像信號(hào)進(jìn)行解碼處理， 用本方案設(shè)計(jì)的汽車駕駛員輔助視覺(jué)傳感控制系統(tǒng)能防止交通事故的發(fā)生并改善交通流量， 可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電子眼的功能。

　　0 引言

　　時(shí)鐘頻率的提高以及深亞微米半導(dǎo)體制造工藝的漏電流產(chǎn)生的高功耗使得處理器設(shè)計(jì)開(kāi)始將思路轉(zhuǎn)向多內(nèi)核集成的解決方案。事實(shí)上， 多核處理器技術(shù)是提高處理器性能的有效方法， 因?yàn)樘幚砥鞯膶?shí)際性能是處理器在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所能處理的指令數(shù)總量， 因此， 每增加一個(gè)內(nèi)核，處理器每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行的單元數(shù)將增加一倍。上世紀(jì)末， 雙內(nèi)核處理器開(kāi)始進(jìn)入高端服務(wù)器產(chǎn)品。隨著Intel和AMD公司先后推出雙內(nèi)核CPU以來(lái)， 多內(nèi)核CPU在個(gè)人電腦中的應(yīng)用已經(jīng)成為無(wú)可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)， 同時(shí)， 多內(nèi)核架構(gòu)在處理器性能、低功耗、縮小系統(tǒng)電路板面積等方面都表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。

　　從某些方面來(lái)說(shuō)， 嵌入式應(yīng)用對(duì)處理器的需求更為苛刻， 特別是在低功耗、低成本等方面。

　　為了滿足當(dāng)前嵌入式設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越高的性能需求， 并盡可能地降低功耗， 其高端嵌入式處理器領(lǐng)域的一個(gè)明顯變化， 就是從頻率越來(lái)越高向多內(nèi)核架構(gòu)轉(zhuǎn)變。多內(nèi)核處理器的需求在很多產(chǎn)品領(lǐng)域顯著增加， 也為加強(qiáng)嵌入式處理器產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供了另一個(gè)途徑。

　　1 多核處理器與高性能視頻系統(tǒng)

　　對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)， 在消費(fèi)類電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中， 單內(nèi)核處理器依然是絕對(duì)的主流。但在部分需要更高處理速度和控制能力的應(yīng)用中， 雙內(nèi)核處理器早已不是陽(yáng)春白雪， 而這類應(yīng)用中的多媒體產(chǎn)品又占很大的比重， 例如視頻監(jiān)控(特別是具有智能分析功能的監(jiān)控設(shè)備)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)、汽車可視化系統(tǒng)等。智能視頻監(jiān)控設(shè)備大部分都是嵌入式設(shè)備。

　　由于智能視頻監(jiān)控屬于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的擴(kuò)展與延伸， 所以， 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控對(duì)硬件平臺(tái)的要求，智能視頻監(jiān)控也都必須具備。但智能視頻監(jiān)控與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控相比， 用戶的需求更加多樣化，例如地鐵系統(tǒng)用戶所需要的功能是檢測(cè)是否跨越候車的黃線， 人群密度是否過(guò)大， 是否有可疑的遺留物體等； 而對(duì)于銀行系統(tǒng)用戶來(lái)說(shuō)， 他們所需要的是ATM機(jī)的智能監(jiān)控分析， 包括是否有安裝假鍵盤(pán)、安裝吞卡器， 在ATM機(jī)是否有暴力行為， 是否出現(xiàn)犯罪分子的人臉等。因此， 用戶需求的多樣化可使算法隨著用戶的需求調(diào)整。另一方面， 智能視頻處理要求芯片具有強(qiáng)大的處理能力。另外， 許多算法在實(shí)現(xiàn)時(shí)也必須采用并行處理。因此， 傳統(tǒng)的基于單內(nèi)核微控制器的解決方案就會(huì)面臨很大挑戰(zhàn)， 而融合MCU和DSP的異構(gòu)雙處理器或多處理器解決方案， 以及具有強(qiáng)大運(yùn)算能力的多內(nèi)核處理器， 就成為智能視頻監(jiān)控嵌入式平臺(tái)的首選方案。

　　2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　智能視頻監(jiān)控設(shè)備融合了視頻圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、嵌入式開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)等多種先進(jìn)的技術(shù)。該系統(tǒng)硬件設(shè)備外形小巧、性能卓越、功耗低。目前， 已可將多種智能視頻分析算法成功移植到該硬件平臺(tái)上， 這些算法包括區(qū)域入侵檢測(cè)、拌線檢測(cè)、物品遺留檢測(cè)、物品移動(dòng)或被盜檢測(cè)、有方向性的區(qū)域入侵檢測(cè)、有方向拌線檢測(cè)、車流密度檢測(cè)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)等。故其產(chǎn)品性能十分穩(wěn)定， 算法執(zhí)行效率很高。

　　圖1所示是一種基于BF561平臺(tái)開(kāi)發(fā)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖中的BF561采用的就是雙DSP核， 故能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的智能視頻處理算法。這種Blackfin DSP采用低功耗設(shè)計(jì)， 其穩(wěn)定性在同價(jià)位DSP 中十分出眾。另外， 在Blackfin DSP平臺(tái)上， ADI公司還提供了許多開(kāi)發(fā)源碼的程序， 并可以針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行修改， 因而非常靈活。

圖1 基于BF561的視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖