DSPs的四大厂商
• Texas Instruments （德州仪器）公司 • Agere,即Lucent Technologies（朗讯技
术）公司 • Analog Devies（模拟设备）公司 • Motorola（摩托罗拉）公司 • 大约还有80家DSPs产商
世界DSPs的格局
（Agere）
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Left in Right in
Decoder SAA7115
CVBS S-Video
AUDIO CODEC (AIC23)
Left out Right out
I2C
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内核单元：处理器
• 高速定点 DSP TMS320DM642 数字媒体处理器
• 视频算法的实现 • 高速的数据处理能力
如何满足系统实时性要求
• DSPs的特点－面向实时系统应用 • 1. 提高处理器的处理速度
单CPU的处理能力：主频，多处理单元 多核CPU处理：计算机体系结构 多CPU并行处理：计算机网络 • 2. 提高外部数据输入输出速度： ADC, DAC, CPU间高速IO技术 • 3. 合理的实时任务调度： 实时操作系统(RTOS): 处理时间可预测，各任务尽量 满足时限
• 哈佛结构：数据存储器和程序存储器独立 编址，独立访问，取址和执行能完全重叠， 提高速度运行和灵活
• 冯.诺依曼结构：指令和数据在同一存储区， 数据吞吐率低
采用哈佛结构的DSP处理器
硬件乘法器和乘法累加指令MAC
• 针对乘加运算，多数DSPs 的乘法器和ALU都支持在一 个周期内同时完成一次乘 法和一次加法操作。
基于TS101的4DSP cPCI通用处理板
五DSP通用并行信号处理板
双C6416大存储容量处理板
DSP典型系统
DSP的种类
• 按基础的特性分类：
• 静态DSP：在时钟频率范围内的任何时钟频率 上，都能正常工作，除就算速度外没有性能的 变化
• 一致性DSP：两种或两种以上的芯片，它们的 指令集和相应的机器代码及管脚结构互相兼容
如何选择DSP处理器
• 数据格式：定点/浮点 • 数据宽度：16bit/32bit • 速度：MIPS, FLOPS • 存储器安排：一个MAC需要一个指令周期读一
个指令字和2个数据字 • 开发配套工具的完善：CCS • 多片互连能力：SHARC link口 • 功耗和电源管理：休眠/等待模式 • 成本
DSP运算精度
• 定点DSP字长为16bit 、24bit、32bit • 浮点DSP字长为32bit • 字长越长的DSP处理数据的精度越高
DSP功耗
• 3.3V即以下供电的低功耗高速DSP正在广泛 使用
DSPs的结构特点
1．运算能力强，在单指令周期内完成乘加运算。 2．采用哈佛结构 3. 流水线技术 4. 专用硬件乘法器 5. 专用寻址单元：芯片具有满足数字信号算法特殊要求
• MAC时间：一次乘法加上一次加法运算的时间 • MIPS：每秒执行百万条指令，衡量处理能力，
100MIPS/每秒执行1亿条指令 • MFLOPS：每秒百万次浮点操作
DSP硬件资源
• DSP片内存储区 RAM ROM • DSP可扩展的程序和数据空间 • 总线接口、IO接口 • 其他资源： AD/DA，定时器，USB接口
LED
16 OSD FPGA
32 Daughter Card 3
8 Dual UART
8 FLASH (4 MB)
64
SDRAM
(32 MB)
EMIF
Video port2
Video port0
DM642
I2C
McBSP
PCI/HPI/EMAC
10/100 base-T
Enthernet PHY
RS232 RS232
• 传统的亮色分离技术
• 信噪比改善、
• 梳状滤波、
• FIR滤波、
• 数字锁相环、
• 多制式兼容、
• 接口标准 BT656
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视频捕获模块
• 视频Dncoder Philips SAA7115数据输出端口符合 ITU R BT.656 标准与 DM642 内部的 Video Port 无缝连接
系统特性随输入信号的改变而改变 • 功耗小 • 系统开发快，价格低
DSP的缺点 --模拟信号处理的不可替代性
• 自然界的信号绝大多数是模拟信号 • 高频信号不能被数字化处理的原因
• ADC不够快 • The application can be too complex to
be performed in real-time.
DSP的种类
• 按数据格式分：
• 定点格式的DSP • 浮点格式的DSP
• 采用IEEE的标准浮点格式
• 按用途来分
• 通用DSP • 专用DSP
DSP芯片选择
• DSP运算速度 • DSP运算精度 • DSP硬件资源 • DSP功耗
DSP运算速度 － 重要的指标
• 运行速度的衡量标准
• 指令周期：执行一条指令所需的时间 100MHz/10ns
• 高速的处理能力及其出色的对外接口能力 • 视频数据流快速的输入输出 • 高速的数据吞吐能力
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视频显示模块
• 视频Encoder芯片
• Philips SAA7105 • 视频的编码专用芯片 • 输入：数字分量信号（Y、Cr、Cb） • 输出：CVBS、S-Video、RGB
• 直接视频音频输入输出，以太网接口
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实时性 流媒体传输的网络协议 保证：恒定速率播放、声音和图像的同步
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• 采用TMS320C6415的视频局端设备
• 多路多码率以及多制式，多路数据和各 种译码器 ，PCI接口
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• 实时图像捕获处理
• 多通道视频压缩、解压缩
• 实时视/音频IP网络传输
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• 采用TMS320DM642 IP视频电话解决方 案
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数据输入时序
像素时钟
输入数据
ITU R BT.656 标准 图为625/50 行消隐时序
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视频捕获模块
• 视频输入： CVBS 和 S-Video
• 输出：
数字分量信号（Y、Cr、Cb）
• 视频Dncoder Philips SAA7115
数字信号处理器的历史
• DSP历史： 实时系统对数据处理的要求促进DSP的出现和发展； 70年代末，第一片DSP出现，Intel2920 ，然后是 Upd7720 。 第一代DSP的标志是TMS32010，其它代表还有 AMD2900、NEC7720。
• 80年代末，DSP开始高速发展，DSP器件内部使用流水线， 并行指令和多核结构
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DM642在视频处理中的应用
• 视频捕获、显示 • 音频采集、回放 • MPEG、H.263压缩处理算法
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Power +5v
+3.3V +1.5V (FPGA Core) +1.2V to 1.4V (DSP Core)
CVBS S-Video
RGB
Encoder SAA7105
DSP芯片型号
• TI公司的定点DSP
• TMS320C2000--2410 • TMS320C5000—54X 55X • TMS320C6000—64X
• TI公司的浮点DSP
• TMS320C67X、TMS320C62X
基于6000系列DSP的系统应用
• 通用DSP器件C6415/C6416/C6701/C6201等 • 数据通信、语音处理、视频处理，等数字信号处
流水线
• 流水线并行提高程序执行效率
哈佛结构的指令流的定时关系
DSP的片内存储器DSP来自的指标• 处理能力：MIPS,MFLOPS • IO数据率：外设的访问速率 • 片内存储容量，cache • 其它片上资源：
中断，DMA，timer，串口 • IO接口：memory接口，总线接口，高速
通信接口
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DSP内部的特性
• 硬件结构
• 片内RMA存储空间 • 具有高速缓存Cache加快处理速度
• 外围接口 定时器、高速串行接口、并行接口、主机接口、 DMA控制器、PCI、以太网接口、标准视频接口， 等
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数字信号处理技术
• 数字信号处理技术 是指数字信号处理理论的应用实现技术，它以 数字信号处理理论、硬件技术、软件技术为基 础和组成，研究数字信号处理算法及其实现方 法。
• 20世纪60年代，数字信号处理随着数字电子计 算机的发展而发展起来的。
Why DSP? --数字信号处理的优势
• 可程控：修改方便 • 稳定性好： • 可重复性好： • 抗干扰性能好：0/1电平之间的容限大 • 实现自适应算法：
理的算法 • DSP芯片是数字信号处理的载体
• 视频处理的专用芯片TMS320DM641/DM642 • 音频处理的专用芯片TMS320C6713