DSP技术引领数字生活

学号：200883061 姓名：胡淦 班级：08信工二班

DSP数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。随着社会的发展和人们生活水平的日益提高，人们对生活的需求也在日渐增长，DSP技术被越来越多的应用在我们的日常生活中。市场的需求促进了技术的迅猛发展，越来越多的新产品出现在我们眼前，这一切都源于DSP技术。

下面我来介绍一下DSP芯片，DSP芯片也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：1.在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；2.程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；3.片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；4.具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

5.快速的中断处理和硬件I/O支持；6.具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；7.可以并行执行多个操作；8.支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

新近涌现的各种数字信号处理器的规格尺寸繁多，外形各式各样，令人难以胜数，其设计目标也是为了满足各种对性能要求高低不同的应用。这些需求既包括附加在现有的处理器上、用于提供DSP功能的简易编码器。

在近几年里，DSP技术得到了极大的发展，越来越走进老百姓的生活中，例如数字电视，3G数字生活。下面我就这两个方面简单介绍一下：

数字电视：数字电视就是指从演播室到发射、传输、接受的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的电视类型。数字信号的传播速率是每秒19.39兆字节，如此大的数据流的传递保证了数字电视的高清晰度，克服了模拟电视的先天不足。同时还由于数字电视可以允许几种制式信号的同时存在，每个数字频道下又可分为几个子频道，从而既可以用一个大数据流--每秒19.39兆字节，也可将其分为几个分流，例如4个，每个的速度就是每秒4.85兆字节，这样虽然图像的清晰度要大打折扣，却可大大增加信息的种类，满足不同的需求。例如在转播一场体育比赛时，观众需要高清晰度的图像，电视台就应采用每秒19.39兆字节的传播；而在进行新闻广播时，观众注意的是新闻内容而不是播音员的形象，所以没必要采用那么高的清晰度，这时只需每秒3兆字节的速度就可以了，剩下16.39兆字节可用来传输别的内容。

如今，数字电视是人们谈论最多的热闹话题之一。由于数字电视是种新鲜事物，一些相关报道及文章介绍中出现似是而非的概念，诸如“数码电视”、“全数字电视”、“全媒体电视”、“多媒体电视”等，造成大众感到困惑，茫然不知所措。其实，“数字电视”的含义并不是指我们一般人家中的电视机，而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。其具体传输过程是：由电视台送出的图像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送，由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理，因此，信号损失小，接收效果好。

数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点：

(l)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信杂比，就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号要求 S/N＞40dB，而数字信号只要求S/N＞20dB。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产生新的噪声，也即信杂比基本不变。

(2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。

(3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0”、“l”两个电平，“l”电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“l”电平就可，大一点、小一点无关紧要。

(4)易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。

(5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。

(6)数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播(Teletext)。

(7)压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内(地面广播)，观众将以极大的概率实现“无差错接收”(发“0”收“0”，发“ l”收“l”)，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。

(8)可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视?quot；禁用频道(taboo channel)，而且在今后能够采用“单频率网络”(single frequency network)技术，例如 l套电视节目仅占用同 1个数字电视频道而覆盖全国。此外，现有的 6MHz模拟电视频道，可用于传输 l套数字高清晰度电视节目或者 4-6套质量较高的数字常规电视节目，或者 16-24套与家用 VHS录像机质量相当的数字电视节目。

(9)在同步转移模式(STM)的通信网络中，可实现多种业务的“动态组合”(dynamic combination)。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其它业务(如电视节目指南、传真、电子游戏软件等)，而不必插入大量没有意义的“填充比特”。

(10)很容易实现加密／解密和加扰／解扰技术，便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类收费业务)。

(ll)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的网络中传输，也便于与计算机网络联通。

(12)可以与计算机"融合"而构成一类多媒体计算机系统，成为未来"国家信息基础设施"(NII)的重要组成部分。

3G ：近年来移动通信发展迅猛，自70年代末期模拟蜂窝系统问世以来，不到二十年时间，已经发展到以数字化技术为特征的第二代移动通信，进入90年代以后，世界各国已着手探寻第三代移动通信（即未来个人通信）的实现路径。

第三代移动通信标准有两个主要目标：一是实现多媒体、宽带化、智能化和高质量的全球通信；二是规范寻呼、无绳、蜂窝和低轨道卫星在内的多种标准，统一"空中接口"。IMT-2000将宽带CDMA视为优先考虑的方案，但在频分模式的选择上，欧洲建议由GSM向上过渡；北美建议由CDMA向上发展，日本力求与欧洲靠近，而这些要求对芯片的要求也变得更高，最典型的要求就是适用芯片应具有卓越的运行与处理能力，以及更高的兼容性。

（一）运行速度

第三代移动通信要求DSP至少达到300MIPS的运算速度，才能实现各种繁杂的算法、解压缩和编译码。目前，DSP在功能上趋向实现多个MAC和多个寄存器，更宽的程序总线和数据总线；在结构上趋向采用SIMD、MIMD以及VLIW（超长指令）。第六代VLIW结构的TMS320C67x DSP产品，浮点运算速度达到1GFLOPS。用一片C67x就可完成10片普通DSP的工作，但其单价与市面上普通浮点DSP的价格相当，C67x功能之强大，足以为下一代个人通信提供高速、精确、多功能和多信道的解决方案。

（二）兼容性

由于在此之前有第一、第二代移动通信系统在运行，那么怎样是第三代通信系统与前两代相容，就成了一个技术难题。第一代模拟移动通信系统虽然在现在

和未来都不是移动通信的发展主流，但是在全球的少数地区，例如北美的一些地区还将会存在；第二代数字移动通信系统在目前的市场占有率和普及率方面远远高于第一代和第三代，而且至少在未来的十年中将会与第三代系统并行发展，预计在第二代的发展终期，将达到全球四亿用户，这样系统的兼容性将显得非常主要。如果第三代专用芯片无法实现与第一代和第二代移动通信系统的兼容，那么第三代通信系统不但在初期的投入会很高，而且由于无法继承和使用现存的网络和移动设备，将造成巨大的资源和财力的浪费。

随着DSP 技术越来越成熟，我相信DSP技术会越来越来应用到我们的生活中。希望DSP技术能带给我们更多的实用，让我们的生活更加丰富多彩。

读后感：

本文开头介绍了DSP的概念，随着社会的发展和人们生活水平的日益提高，人们对生活的需求也在日渐增长，DSP技术被越来越多的应用在我们的日常生活中。市场的需求促进了技术的迅猛发展，越来越多的新产品出现在我们眼前，这一切都源于DSP技术。

接下来介绍了DSP芯片，并且从实际出发，阐述了DSP技术的广泛应用。列举了2个方面：数字电视和3G数字生活。

数字电视就是指从演播室到发射、传输、接受的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的电视类型。并花了大篇幅重点介绍了数字电视技术与原有的模拟电视技术相比所具有的优点。由此看出数字电视在社会上的广泛使用了。

3G数字生活简要的概括了移动通信的发展史和它的巨大进步。第三代移动通信标准有两个主要目标：一是实现多媒体、宽带化、智能化和高质量的全球通信；二是规范寻呼、无绳、蜂窝和低轨道卫星在内的多种标准，统一"空中接口"。 随着第三代移动通信的普及，它对DSP芯片的要求也越来越高。最典型的要求就是适用芯片应具有卓越的运行与处理能力，以及更高的兼容性。接着简要的阐述了这两个方面。

综合此文，看出DSP应用技术已经普及到人们的日常生活中，并且可以展望DSP技术的前景会越来越接近普通老百姓的生活中，使得DSP技术成为所有人生活中的不可缺少的部分。

第二篇：Retinex论文：Retinex图像增强技术研究及其DSP实现

Retinex论文：Retinex图像增强技术研究及其DSP实现

【中文摘要】随着数字图像处理技术的高速发展,图像处理的应用已经深入到国计民生的方方面面。图像增强作为图像处理中的一个方向有着重要的意义,Retinex方法作为一种用于视觉场景再现的一种近似最优的方法正在迅速的为人们所使用, Retinex算法是一种能够改善图像亮度、对比度、清晰度的一种非线性变换,它能同时提供图像的动态范围压缩、色觉恒常、色彩再现三大优点,已经成功应用于各种静态图像的处理,然而由于图像处理所涉及的数据量比较庞大,图像处理速度成为了制约其发展的瓶颈之一,实时Retinex图像处理技术正是在这种需求下应运而生。图像处理硬件已经得到了飞速的发展,常见的专用的图像处理芯片价格一般较高,灵活性差,在扩展能力上也有所限制,我们很难在上面实现新的功能和算法。TI公司生产的TMS320DMDM642数字信号处理器(DSP)是当前业界公认的有着良好性能的多媒体处理器,它是一款专门面向多媒体应用而设计开发的32位定点DSP芯片,它基于C64xDSP内核,采用了两级缓存机制并且提供了极为丰富的外设接口,可以很方便的实现图像的实时处理,用于多媒体应用开发,在硬件实现上也比较方便,同时TI公司还提供了功能强大的开发软件和丰富的库函数和API函数,所以,该芯片成为目前进行实时图像处理的理想平台之一,为实时图像处理提供了良好的基础。本文首先在介绍了几种经典的图像增强方法的基础上引入了

Retinex方法,然后提出了一种新的基于双边滤波的类Retinex方法,

同时分析并比较了Retinex发展中的各种经典方法和本文提出的类Retinex图像增强方法,并通过定量指标评价了这几种经典算法和本文算法在提高图像质量、颜色保持以及计算速度方面的优劣情况,分析了他们的优缺点,实验表明Retinex方法对灰度图像和彩色图像效果明显,证实了本文方法不仅可以实现图像的增强效果,而且可以提高处理速度,为实时处理提供了可能。接着本文以合众达公司的

SEED-VPM642平台为例,实现并优化了Retinex算法,最后,文章指出了课题以后的研究方向,TI公司推出的达芬奇数字媒体处理器将成为更好的平台。

【英文摘要】As the rapid development of image processing technology recent years,the application has been used to the national economy and the people’s livelihood deeply.Image enhancement plays a very important role as a direction of image processing,Retinex algorithm has been rapidly used by people as a kind of approximate optimal method used for scene

reappearance,it is a nonlinear transform which can improve image brightness,contrast,resolution,it can also provide three characteristics:dynamic range compression,color

constancy and color rendition.this method has been applied in all kinds of static images successfully,However,because image processing involved enormous amount of data,processing speed of image processing has became one of the bottle-necks

restricting its development.Real-time image processing

emerged as the times require.Hardware of image processing has been developed rapidly,usually special image processing chip has a high price,also it has a bad flexibility and a limit to expand so that it is hard to realize new functions and algorithms.Digital signal processor DM642 is currently

recognized a well-behaved multimedia processor in the industry cycle, it is a 32-bit fixed-point DSP chip specialize for multimedia.It is based on C64x DSP kernel,using a two-level buffer mechanism and provides abundant peripherals interface so that it can be very convenient to realize real-time processing of image and it can be used to development of multimedia application,also the hardware implementation is more convenient,at the same time,TI provides a powerful development software,abundant library functions and API

functions,so nowdays the chip becomes one of ideal platforms for real-time image processing and lays a solid foundation for real-time image processing.Firstly,this paper introduces Retinex method on the basis of several classic image

enhancement methods,and then proposes a new comprehensive Retinex method based on bilateral filter,and then analyses and compares various traditional Retinex methods with method of

this paper,also evaluation in improving image quality,color maintaining and computing speed was done,at the same time we analysis advantages and disadvantages of them,Experimental results demonstrate that Retinex method works well for gray images and color images and confirm that this new Retinex methods proposed can not only realize image enhancement but also accelerate image processing which provides the

possibility for real-time processing.After that,this paper realize classical Retinex algorithms on SEED-VPM642 made by SEED and optimize the implementation of Retinex

methods,Finally,the thesis points out future research

directions,The article points out that DaVinci digital media processor launched by TI company will become better platform for choice.

【关键词】Retinex 图像增强 DM642 视频处理

【英文关键词】Retinex image enhancement

DM642 video processing

【目录】Retinex图像增强技术研究及其DSP实现

3-4Abstract4-5第一章 绪论9-13摘要1.1 论文

1.3 本文的选题背景9-10

的主要工作11-13

13-401.2 研究目的和意义10-11第二章 Retinex图像增强技术2.1 图像颜色空间13-142.1.1 RGB颜色空间

13间14

2.1.2 YUV颜色空问13-142.1.3 HSI、HSV颜色空

2.2.1 直方图均

2.2 经典的图像增强方法14-18

2.2.2 同态滤波162.2.4 线性拉伸17

衡化15-1616-1717-1818-1919-2021

2.2.3 小波变换2.2.5 伽马矫正

2.3.1 色觉恒常

2.3 Retinex基本原理18-20

2.3.2 Retinex算法简介及其核心思想2.4 Retinex的发展20-292.4.2 循环算法21-23

2.4.1 随机游走算法

2.4.3 中心环绕Retinex算

2.5 基于双2.5.1 双2.6 实验

法23-262.4.4 变分Retinex方法26-29

边滤波的带有变增益偏差的类Retinex方法29-33边滤波29-31

2.5.2 改进的伽马矫正31-33

2.6.1 图像质量评价

结果比较和分析33-3933-35

2.6.2 图像结果分析35-392.7 结论以及未来

研究的建议39-4040-6040-424142

第三章 基于DSP的Retinex实时图像处理

3.2 DSP芯片的基本结构和特点

3.2.2 多总线结构3.2.4 专用的硬件乘法器3.3 多媒体数字信号

3.3.2

3.4

3.1 DSP概论40

3.2.1 改进的哈佛结构413.2.3 流水线操作41-423.2.5 特殊的DSP指令集42

处理器DM64242-47DM642的存储系统44-46

3.3.1 DM642的CPU43-44

3.3.3 DM642的外设46-473.4.1 硬件平台

DSP软硬件开发平台47-54SEED-VPM64247-52

3.4.2 DSP的软件开发平台

52-543.5 基于Retinex算法的DSP实现54-60

3.5.2 实验流程55-563.5.1 软件设计54-553.5.3 实验中

3.5.5 需要考虑的问题56-57

实验结果58-60

60-693.5.4 软件实现57-58第四章 基于DSP的Retinex方法实现的优化4.1.1 图像的块处4.1 基于结构的优化60-63

理方法60-61

机制61-634.1.2 充分利用DM642的EDMA以及‘ping-pong’4.2 基于算法和软件的优化63-68

4.2.2 基于软件的优化

第五章 总结与展望

5.2 工作展望

攻读学位期4.2.1 基于算法的优化63-6565-6869-7170-714.3 优化结果评估68-695.1 全文工作总结69-70参考文献71-75致谢75-76

间发表的学术论文76