數字信號處理器是在模擬信號變換成數字信號以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專(zhuān)用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10-50倍。在當今的數字化時(shí)代背景下，DSP已成為通信、計算機、消費類(lèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎器件，被譽(yù)為信息社會(huì )革命的旗手。業(yè)內人士預言，DSP將是未來(lái)集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。目前DSP在CCTV系統中已經(jīng)廣泛應用，它的應用大大改觀(guān)了傳統CCTV攝像機技術(shù)，它將徹底改變CCTV攝像機技術(shù)在自然環(huán)境中的應用?！ ?/p>
DSP的發(fā)展
DSP發(fā)展歷程大致分為三個(gè)階段：20世紀70年代理論先行，20世紀80年代產(chǎn)品普及，20世紀90年代突飛猛進(jìn)?！ ?/p>
在DSP出現之前數字信號處理只能依靠MPU（微處理器）來(lái)完成。但MPU較低的處理速度無(wú)法滿(mǎn)足高速實(shí)時(shí)的要求。因此，直到上世紀70年代，有人才提出了DSP的理論和算法基礎。那時(shí)的DSP僅僅停留在教科書(shū)上，即便是研制出來(lái)的DSP系統也是由分立元件組成的，其應用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門(mén)?！ ?/p>
隨著(zhù)大規模集成電路技術(shù)的發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比MPU快了幾十倍，尤其在語(yǔ)音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。DSP芯片的問(wèn)世是個(gè)里程碑，它標志著(zhù)DSP應用系統由大型系統向小型化邁進(jìn)了一大步，到了上世紀90年代DSP技術(shù)不斷應用在不同的領(lǐng)域里，其中包括CCTV閉路電視監控系統中?！?/p>
在現代CCTV攝像機中DSP技術(shù)也得到了廣泛的應用，由于鏡頭、分光系統和攝像器件的特性都不是理想的，所以經(jīng)過(guò)CCD光電轉換產(chǎn)生的信號不僅很弱，而且有很多缺陷，如圖像細節信號弱、亮度不均勻、彩色不自然等，必須經(jīng)過(guò)視頻信號處理放大器對圖像信號進(jìn)行放大和校正，否則所拍攝出來(lái)的圖像就會(huì )質(zhì)量不高。視頻處理放大器包括：黑斑校正、增益控制和調節、自動(dòng)白平衡、γ預校正、彩色校正、輪廓校正、γ校正、雜散光校正、黑電平控制、自動(dòng)黑平衡、混消隱、白切割等，較先進(jìn)的攝像機還有自動(dòng)拐點(diǎn)，色度孔闌、超高帶孔闌、軟輪廓、黑擴展、黑壓縮、超級彩色電路等?！ ?/p>
數字信號處理攝像機則由模擬處理部分和數字處理部分組成，CCD輸出的圖像信號經(jīng)過(guò)預放后進(jìn)入模擬處理部分，完成黑斑補償、自動(dòng)黑/白平衡、雜散光校正、白斑補償、增益控制、γ預校正等，這些部分如果也采用數字處理，則要求信號量化數用13比特，否則將出現數/模轉換中量化比特數低的問(wèn)題。除以上部分外，后面部分用10比特量化進(jìn)行數字處理，包括彩色校正、輪廓校正、γ校正、混消隱、白切割、色度孔闌、二維濾波、數據檢測、編碼矩陣、彩條發(fā)生器。其主控器由微型機和ROM、RAM、數/模轉換電路等組成?！ ?/p>
數字信號處理器除了對攝像機圖像的信號放大、信號校正等，還對攝像機的特殊功能的實(shí)現有更好的體現，目前discover公司和hitachi共同推出的VK-S454E攝像機是目前監控產(chǎn)品中DSP技術(shù)最好的體現，VK-S454E不光有先進(jìn)的信號校正，自動(dòng)聚集功能，還在寬動(dòng)態(tài)范圍（WDR）、數字慢快門(mén)（D.S.S）、通過(guò)對信號的識別進(jìn)行彩色黑白轉換及可移除紅外濾光片功能、3D區域屏蔽功能等，這些功能都來(lái)自于日立第六代DSP數字信號處理器，再加上VK-S454E采用的是1：1逐行掃描的CCD及23倍高性能高耐用的視頻變焦鏡頭，所以VK-S454E在目前數字監控攝像機中具有獨一無(wú)二的圖像采集效果，并廣泛用于銀行、交通、監獄、智能大廈等?！ ?/p>
數字信號處理攝像機的優(yōu)點(diǎn)
高穩定性和高可靠性，數字信號處理受溫度影響小、干擾小，數字處理容易做成大規模集成電路，各種參數存儲在存儲器里，調節時(shí)采用數字設定、微機控制，取消了大量的調節電位器，減少了調節點(diǎn)，也減少了調節量，并可長(cháng)時(shí)間保持不變，所以其穩定性和可靠性大大提高?！ ?/p>
圖像質(zhì)量提高，許多在模擬處理中無(wú)法進(jìn)行的工作可以在數字處理中進(jìn)行，例如二維數字濾波、膚色輪廓校正、細節補償頻率微調、準確的彩色矩陣、精確的γ校正等，這些處理都提高了圖像質(zhì)量。
調節精確靈活，各種調節是通過(guò)數字設定，比用電位器調節準確而容易。各臺攝像機的參數差別是難免的，對于模擬攝像機很難使各臺攝像機調節得一致，而用數字處理可通過(guò)均衡各參數值的方法把各攝像機之間的差別縮減到最小?？梢杂靡粋€(gè)調節卡調節各臺攝像機，并且攝像機的許多參數都可以調節和設定?！ ?/p>
寬高比可變，可進(jìn)行畫(huà)面格式16∶9和4∶3變換
DSP技術(shù)展望
1、系統級集成DSP是潮流
縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術(shù)發(fā)展方向。當前的DSP多數基于RISC（精簡(jiǎn)指令集計算）結構，這種結構的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠(chǎng)商紛紛采用新工藝，改進(jìn)DSP芯核，并將幾個(gè)DSP芯核、MPU芯核、專(zhuān)用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統統集成在一個(gè)芯片上，成為DSP系統級集成電路。TI公司的TMS320C80代表當今DSP領(lǐng)域中的最高水平，它在一塊芯片上集成了4個(gè)DSP、1個(gè)RISC處理器、1個(gè)傳輸控制器、2個(gè)視頻控制器。這樣的芯片通常稱(chēng)之為MVP（多媒體視頻處理器）。它可支持各種圖像規格和各種算法，功能相當強，在CCTV數字監控系統中，這種系統集成的DSP攝像機也在不斷涌現，特別是超小型一體化攝像機的面市，敏通1/4 英寸迷你型10倍一體化智能攝像機（MTC-54G10H）大小僅為59×40×38.5，而日立面世的10倍一體化智能攝像機（VK-U174）比它還要小，體積僅為54×40×34.6，重量?jì)H僅為100G，在未來(lái)一體化攝像機的發(fā)展中，無(wú)論是從外形，使用或者是集成上講，一體化的微型化發(fā)展是肯定的。槍型微型攝像機的發(fā)展也很快，美觀(guān)，隱蔽性好是它發(fā)展的特點(diǎn)?！?/p>
2、可編程DSP是主導產(chǎn)品
可編程DSP給生產(chǎn)廠(chǎng)商提供了很大的靈活性。生產(chǎn)廠(chǎng)商可在同一個(gè)DSP平臺上開(kāi)發(fā)出各種不同型號的系列產(chǎn)品，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。同時(shí)，可編程DSP也為廣大用戶(hù)提供了易于升級的良好途徑。
3、追求更高的運算速度
目前一般的DSP運算速度為100MIPS，即每秒鐘可運算1億條指令。但仍嫌不夠快。由于電子設備的個(gè)人化和客戶(hù)化趨勢，DSP必須追求更高更快的運算速度，才能跟上電子設備的更新步伐。DSP運算速度的提高，主要依靠新工藝改進(jìn)芯片結構。目前，TI的TM320C6X芯片由于采用VLIW（Very Long Instruction Word超長(cháng)指令字）結構設計，其處理速度已高達2000MIPS，計劃今年年中批量生產(chǎn)，這是迄今為止的最高速度，在CCTV閉路電視監控系統中攝像機所應用的DSP技術(shù)的處理速度也相當快，由于對圖形圖像的處理，在攝像機的DSP處理中需要相當一部分用來(lái)處理對圖形圖像的分析和處理。當前DSP器件大都采用0.5μm--0.35μmCMOS工藝，按照CMOS的發(fā)展趨勢，DSP的運算速度再提高100倍（達到1600GIPS）是完全有可能的?！ ?/p>
4、定點(diǎn)DSP是主流
從理論上講，雖然浮點(diǎn)DSP的動(dòng)態(tài)范圍比定點(diǎn)DSP大，且更適合于DSP的應用場(chǎng)合，但定點(diǎn)運算的DSP器件的成本較低，對存儲器的要求也較低，而且耗電較省。因此，定點(diǎn)運算的可編程DSP器件仍是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。據統計，目前銷(xiāo)售的DSP器件中的80%以上屬于16位定點(diǎn)可編程DSP器件，預計今后的比重將逐漸增大。
聯(lián)系客服
