基于DSP和LBT的遥感图像数据压缩系统设计
2.2 器件选择
DSP选择TMS320C6416，它是TI公司于2000年推出的一款具有C64XX系列新内核的高性能DSPs芯片。TMS320C6416采用一种高性能的先进的VLIW(非常长指令字)结构，其内部具有8个并行处理单元。因单指令字长为32位，8个指令可组成长达256位的指令包，由内部专门的指令分配模块同时分配到8个处理单元同时运行。因此在600MHz主频时，TMS320C6416的最大处理能力高达4800MIPS(百万条指令/秒)[3]。TMS320C6416核心电压为1.2V，外围电压为3.3V，主频为400MHz~1GHz，并且在600MHz主频下，能够提供833B级器件[6]。
FPGA选用X2V3000-5FG676C，该型号属于Xlinix公司的VirtexTM-II系列，300万门，676个管脚中包括484个I/O管脚。Xlinix FPGA的基本特点是由可配置逻辑块(CLB)、输入/输出块(IOB)以及可编程互连资源组成，另外还包括三态缓冲器、全局时钟缓冲器和边界扫描逻辑。CLB中包含有查找表(LUT)、寄存器和进位逻辑，IOB中包含DDR寄存器。存储器资源主要包括分布式SelectRAM/ROM以及18KB的块状SelectRAM。
2.3 接口设计
线阵CCD相机图像灰度数据以串行方式及LVDS信号电平输出。为了便于DSP串口接收，由FPGA进行电平转换，并依据相关串行协议进行时序转换。而压缩图像编码则经DSP串口输出，由FPGA进行电平转换，并依据压缩机输出接口时序进行相应的转换。
遥控机输出线有指令线、地线，在使用端上拉。指令整形输出后如需要负脉冲可再外加一级反相器或在FPGA内部实现。遥测接口分为模拟遥测、数字遥测和数据遥测三部分，模拟遥测主要针对电源(5V、1.5V、1.4V等)进行遥测，遥测输出电平为0～5V；数字遥测主要对分机中关键器件工作状态进行遥测，遥测输出电平为TTL电平；数据遥测主要对内部运行状态进行遥测。
3压缩算法在DSP实现中的关键技术及并行处理
3.1 C6000系列CPU结构与流水线
C6000系列CPU采用哈佛结构，指令取指与执行可以并行运行。程序总线宽度为256bit，每一次取指操作都是取8条指令，成为一个取指包。取指、指令分配和指令译码都具备每周期读取并传递8条32位指令的能力。C64xx系列CPU有两个数据通路A和B，每个通路有4个功能单元(.L、.S、.M和.D)，不同的8个功能单元中的指令均可并行执行。
现代微处理器把指令分成几个子操作，每个子操作在微处理器内部可由不同的部件来完成。在同一时间内，可有多条指令交迭地在不同部件内处理，这种工作方式就是“流水线”(pipeline)工作方式。TMS320C6000的特殊结构可使多个指令包(每包最多8条指令)交迭地在不同部件内处理，大大提高了微处理器的吞吐量。
3.2 数据类型转换与数据溢出问题
TMS320C6000系列DSP的数据打包处理技术，可以使用宽长度的存储器对短字长的数据访问，这样可使编译出的代码性能显著提高。压缩算法在DSP实现中，采用short代替int来存储图像像素值和变换后的系数，并确保不会产生数据溢出。
对|T|的每一行求和，最大为2.8284。进行行列两次变换，最终变换系数最大为图像像素值的8倍。当图像像素占8位或10位时，包括符号位1位，16位存储变换系数不会溢出。
3.3 并行计算
压缩算法核心软件结构如图4所示。
各子函数采用汇编语言编写，在C6000系列DSP中优化代码的关键是如何实现代码的并行。针对C64XX系列处理器的指令特点，采取以下并行处理措施：
(1)双通路。处理系数平均安排，分别分布在A、B两通路；
(2)数据打包处理技术。用LDW和STW一次读取和存储两个16位系数；
(3)半字操作指令。每条指令处理两个16位系数；
(4)多功能单元。两通路内各8个系数的计算充分利用L、S、M和D四个功能单元。
4 实验结果与结论
以一组40幅中科院遥感所提供的1024×1024×8图像为样本，用4：1和8：1两种压缩比，对遥感图像压缩系统样机进行测试。测试结果如下：
(1)压缩比为4：1时，PSNR平均40dB以上，最低38dB；压缩比为8：1时，PSNR平均35dB以上，最低32dB。
(2)对1024×1024×8图像，压缩比为4：1时，单DSP处理时间在64ms以下；压缩比为8：1时，单DSP处理时间在48ms以下，为优化前时间的1/30。
(3)单DSP内部RAM能满足2路相机数据及中间系数缓存要求；
(4)单路功耗在0.5W以下，整机功耗不足15W。
结果表明，数据压缩系统设计合理，实际工作能满足图像质量和高速实时处理要求。但从人工判图的结果看，8：1压缩时，算法小目标保持情况不如JPEG2000。系统目前已进入初样阶段，希望在算法尤其是编码算法上继续研究并优化，进一步提高图像质量。
参考文献
[1] MALVAR H S.Biorthogonal and nonuniform lapped transforms for transform coding with reduce blocking and ringing artifacts.IEEE Transactions on Signal Processing.1998，46(4)：1043-1053.
[2] 肖江.卫星干涉光谱图像编码技术研究.西安电子科技大学博士学位论文，2004
[3] 陈超.高速传输图像压缩系统设计与实现.遥测遥控，2004，(7).
[4] 周梅，张志敏，邓云凯.星载SAR原始数据压缩模块的FPGA实现，现代雷达，2006，28(2).
[5] 钟广军，成礼智，陈火旺.双正交重叠变换的整数实现算法与图像压缩.电子学报，2001，29(11)：2001.
[6] TMS320C6414，TMS320C6415，TMS320C6416 FIXED-POINT DIGITAL SIGANAL PROCESSORS.Texas Instruments Incor porated，October 2002.
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