技术领域
[0001] 本
发明涉及星载遥感
图像处理技术领域，更具体地，涉及一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统。
背景技术
[0002] 随着
电子科学技术和
传感器科学技术的不断进步，大画幅遥感图像的星上高速/实时处理逐渐成为航天遥感领域的研究发展方向。目前的星上处理任务主要集中在图像预处理、海量
数据处理、目标特征提取等方面，受星-地间数据传输带宽的限制，大画幅图像在回传地面前一般要进行3:1-8:1压缩比的
有损压缩，地面解压图像存在一定程度的失真，对压缩后的失真图像进行复原处理非常困难。
[0003] 随着遥感影像分辨
力的显著提高，所获数据量
加速膨胀，与此同时遥感图像的应用规模和用户数量也不断增加，因此对遥感图像处理的速度和效果提出了更高的要求。大画幅遥感图像的星上实时处理技术难点主要体现在未经压缩的大画幅遥感图像数据量庞大，实现实时处理不仅需要优化的程序，还需要能够承受庞
大数据量通过的
硬件系统。
[0004] 因此，提供一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，能够有效的对大画幅的遥感图像进行实时高速的处理，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，解决了实时高速处理大画幅遥感图像的技术问题。
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，包括：数据输入/输出模
块、控
制模块、数据处理模块和存储模块；
[0007] 所述
控制模块与所述数据输入/输出模块和所述数据处理模块分别相连接，所述控制模块包括一片CPLD XC95288和两片DPSRAM，所述CPLD XC95288分别与两片所述DPSRAM的读写控制逻辑
信号相连接，两片所述DPSRAM分别为输入端DPSRAM和输出端DPSRAM；
[0008] 所述CPLD XC95288用于向所述输入端DPSRAM发送写入
控制信号，所述输入端DPSRAM接收到所述写入控制信号后接收待处理图像数据，所述CPLD XC95288还用于控制所述数据处理模块读取所述待处理图像数据；
[0009] 所述CPLD XC95288还用于向所述输出端DPSRAM发送写出控制信号，所述输出端DPSRAM接收所述写出控制信号后将处理后图像数据发送给所述数据输入/输出模块；
[0010] 所述数据输入/输出模块包括两个TLK2711高速串行收发器，两个所述TLK2711高速串行收发器分别为输入端TLK2711高速串行收发器和输出端TLK2711高速串行收发器；
[0011] 所述输入端TLK2711高速串行收发器与所述输入端DPSRAM相连接，用于接收数字图像信号，将所述数字图像信号由串行LVDS数字图像信号格式转换为并行TTL数字图像信号格式，并提取有效数据生成所述待处理图像数据，将所述待处理图像数据发送给所述输入端DPSRAM；
[0012] 所述输出端TLK2711高速串行收发器与所述输出端DPSRAM相连接，用于接收所述输出端DPSRAM发送的所述处理后图像数据，将所述处理后图像数据由并行TTL数字图像信号格式转换为串行LVDS数字图像信号并输出；
[0013] 所述数据处理模块与所述控制模块和所述存储模块分别相连接，用于读取所述待处理图像数据，并对所述待处理图像数据进行处理后得到所述处理后图像数据，其中，[0014] 所述数据处理模块包括4个ADSP-TS201 DSP，每1个所述ADSP-TS201 DSP与其他3个所述ADSP-TS201 DSP之间采用链路口形成一套点对点全连接的数据链，实现4个所述ADSP-TS201 DSP之间的两两松耦合连接，同时4个所述ADSP-TS201 DSP通过共用一条32位的外部总线实现紧耦合互连，4个所述ADSP-TS201 DSP在一个32位统一编址的地址范围内拥有各自的内存空间和广播
访问的共享内存空间；
[0015] 所述存储模块包括两片SDRAM和一片Flash芯片，其中，所述SDRAM为4个所述ADSP-TS201 DSP的外部总线上扩展的
存储器，所述Flash芯片为所述处理系统中的程序引导芯片及外部扩展存储器。
[0017] 所述外围电路模块包括电源供电模块和
电压监控模块；
[0018] 所述数据输入/输出模块、所述控制模块、所述数据处理模块和所述存储模块均连接到所述电源供电模块；
[0019] 所述电压监控模块分别与所述数据输入/输出模块、所述控制模块、所述数据处理模块和所述存储模块相连接，所述电压监控模块用于实时监控各个模块的工作电压。
[0020] 可选的，所述外围电路模块还包括看
门狗复位模块，所述看门狗复位模块与所述数据处理模块相连接。
[0021] 可选的，所述CPLD XC95288还用于接收控制指令并对所述控制指令进行分析判定，当判定所述控制指令为进行图像处理指令时，所述CPLD XC95288控制所述输入端DPSRAM将所述待处理图像数据发送给所述数据处理模块；其中，
[0022] 所述输入端DPSRAM通过
数据总线向4个所述ADSP-TS201 DSP各自的链路口依次发送所述待处理图像数据。
[0023] 可选的，所述CPLD XC95288还用于接收控制指令，并对所述控制指令进行分析判定，当判定所述控制指令为直通模式指令时，所述CPLD XC95288控制所述输入端DPSRAM执行图像数据的直入直出；其中，
[0024] 所述输入端DPSRAM与所述输出端TLK2711高速串行收发器相连接，所述输入端DPSRAM将所述待处理图像数据发送给所述输出端TLK2711高速串行收发器；
[0025] 所述输出端TLK2711高速串行收发器将所述待处理图像数据由并行TTL数字图像信号格式转换为串行LVDS数字图像信号并输出。
[0026] 可选的，所述输出端DPSRAM还用于接收所述处理后图像数据，并将所述处理后图像数据进行缓存合并；
[0027] 所述输出端DPSRAM在将所述处理后图像数据缓存合并后，按照所述CPLD XC95288的控制逻辑，将所述处理后图像数据发送给所述输出端TLK2711高速串行收发器。
[0028] 可选的，两片所述SDRAM的时钟
频率均大于80MHz，两片所述SDRAM的位宽均为640MBps，两个所述SDRAM的容量均为512Mbits。
[0029] 可选的，所述Flash芯片的位宽为8bit，容量为8Mbits。
[0030] 与
现有技术相比，本发明提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，至少实现了如下的有益效果：
[0031] (1)本发明采用高性能CPLD XC95288通过DPSRAM，经过数据总线实现向ADSP-TS201发送或从ADSP-TS201接收图像数据，
硬件实现简单、可靠性高，4个ADSP-TS201的单个链路口就可以提供单向500Mbytes/s的数据传输速度，完全满足了大画幅遥感图像实时处理的图像数据传输需求。并且4个ADSP-TS201之间利用链路口进行互连，同时通过多处理器总线互连，为中间处理数据的交互提供丰富的连接方式。
[0032] (2)本发明选择CPLD XC95288及两个DPSRAM作为系统的控制模块，CPLD XC95288能够根据用户需求自行构造逻辑功能的数字集成电路，其编程灵活、集成度高、开发周期短、适用范围宽、制造成本低，对于各类遥感图像实时处理应用具有良好的可拓展性。CPLD XC95288提供控制信号，而DPSRAM仅用于数据传输，控制模块的结构清晰，具有很强的可更改和可控制性。
[0033] (3)本发明在数据输入/输出模块中采用TLK2711作为接收器和发送器进行串行信号与并行信号间的转换，而非直接利用系统中的控制模块进行数据信号格式的转换操作。TLK2711能够提供最高2.7Gbps的数据吞吐量，能够满足大画幅遥感图像实时处理系统的图像数据输入输出需求。
[0034] (4)本发明将图像数据的输入输出、格式转换、分发合并和时序控制等功能合并到一个以TLK2711高速串行收发器组成的数据输入/输出模块及一个以CPLD为处理控制核心的控制模块中，实现了对硬件系统的微型化设计，具有显著的推广研究及应用意义。
[0035] 当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
[0036] 通过以下参照
附图对本发明的示例性
实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0037] 被结合在
说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0038] 图1为本发明实施例1提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统的结构
框图；
[0039] 图2为本发明实施例2提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统的工作
流程图；
[0040] 图3为本发明实施例3提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统的结构框图。
具体实施方式
[0041] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0042] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0043] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0044] 在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0045] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0046] 实施例1
[0047] 本发明提供一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，图1为本发明实施例1提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统的结构框图。如图1所示，用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，采用ADSP-TS201浮点高速DSP为处理核心，构成紧耦合与松耦合相结合的并行处理系统，选用了高速TLK2711串行收发器来与星载相机链接，结合双口SRAM(DPSRAM)缓冲来实现实时数据的输入输出。包括：数据输入/输出模块10、控制模块20、数据处理模块30和存储模块40。其中，DSP即为Digital Signal Processing，
数字信号处理器。
[0048] 所述控制模块20与所述数据输入/输出模块10和所述数据处理模块30分别相连接，所述控制模块20包括一片CPLD XC95288和两片DPSRAM，所述CPLD XC95288分别与两片所述DPSRAM的读写控制逻辑信号相连接。两片所述DPSRAM分别为输入端DPSRAM和输出端DPSRAM。本发明中，高性能复杂
可编程逻辑器件CPLD XC95288作为系统的处理和控制核心，同时配合两片DPSRAM组成系统的控制模块。CPLD XC95288的连续式布线结构使它的时序延迟均匀且可预测，能够实现高速和实时测控。所述控制模块主要实现指令译码控制，图像数据传输、分块及分发控制，图像数据输出控制等。
[0049] 所述CPLD XC95288用于向所述输入端DPSRAM发送写入控制信号，所述输入端DPSRAM在接收所述写入控制信号后接收待处理图像数据，所述CPLD XC95288还用于控制所述数据处理模块读取所述待处理图像数据。其中，所述CPLD XC95288控制星载相机通过输入端TLK2711
接口送入的数字图像流进入所述输入端DPSRAM，在写满DPSRAM(或达到预置的数量)后，启动DSP读取所述输入端DPSRAM中的图像数据进行处理。
[0050] 所述CPLD XC95288还用于向所述输出端DPSRAM发送写出控制信号，所述输出端DPSRAM在接收所述写出控制信号后，将处理后图像数据发送给所述数据输入/输出模块10，即输出端DPSRAM作为系统的数据传出器，用于输出经系统处理后的图像数据信息。当数据处理模块完成数据处理后，所述CPLD XC95288向所述输出端DPSRAM发送数据写出控制信号，在写满DPSRAM(或达到预置的数量)后，启动输出端TLK2711将处理后的图像数据送出至星上的后续压缩处理功能单元。
[0051] 所述数据输入/输出模块20包括两个TLK2711高速串行收发器。两个所述TLK2711高速串行收发器分别为输入端TLK2711高速串行收发器和输出端TLK2711高速串行收发器。TLK2711高速串行收发器作为高速传输链路接口芯片，具有16bit的数据位宽，参考时钟
频率范围介于80MHz～135MHz，因此它的输出数据率可以达到1.6～2.7Gbps，能够满足大画幅遥感图像的数据输入输出需求。
[0052] 所述输入端TLK2711高速串行收发器与所述输入端DPSRAM相连接，用于接收数字图像信号，将所述数字图像信号由串行LVDS数字图像信号格式转换为并行TTL数字图像信号格式，并提取有效数据生成所述待处理图像数据，将所述待处理图像数据发送给所述输入端DPSRAM。所述输入端TLK2711高速串行收发器作为系统的
数据接收器，所述输入端TLK2711高速串行收发器的输出接口与所述输入端DPSRAM的数据输入接口相连。
[0053] 所述输出端TLK2711高速串行收发器与所述输出端DPSRAM相连接，用于接收所述输出端DPSRAM发送的所述处理后图像数据，将所述处理后图像数据由并行TTL数字图像信号格式转换为串行LVDS数字图像信号并输出。所述输出端TLK2711高速串行收发器作为系统数据发送器。所述输出端DPSRAM的数据输入接口与数据总线相连，所述输出端DPSRAM的数据输出接口与所述输出端TLK2711高速串行收发器的输入接口相连。
[0054] 所述数据处理模块30与所述控制模块20和所述存储模块40分别相连接，用于接收所述待处理图像数据，并对所述待处理图像数据进行处理后得到所述处理后图像数据，其中，
[0055] 所述数据处理模块30包括4个ADSP-TS201 DSP，每1个所述ADSP-TS201 DSP与其他3个所述ADSP-TS201 DSP之间采用链路口形成一套点对点全连接的数据链，实现4个所述ADSP-TS201 DSP之间的两两松耦合连接，能够提供单口单向500Mbytes/s。同时4个所述ADSP-TS201 DSP通过共用一条32位的外部总线实现紧耦合互连；4个所述的ADSP-TS201 DSP在一个32位统一编址的地址范围内拥有各自的内存空间和广播访问的共享内存空间；
本发明提供的数据处理模块30能够采用多种方式交换部分图像处理的中间数据。
[0056] 其中，所述CPLD XC95288和所述数据处理模块之间的交互包括：CPLD XC95288
感知DSP的FLAG状态(DSP空闲的话)→产生IRQ→DSP接收数据→FLAG口线变化→撤销IRQ→CPLD控制DPRAM端的地址归0→准备下一次访问。需要说明的是附图中FLAG仅代表标志
位置，即CPLD XC95288与DSP之间能够实现通信。附图中IRQ代表中断
请求，即CPLD XC95288通过产生或撤销中断，实现使DSP接收或停止接收数据。
[0057] 即所述CPLD XC95288通过与DSP之间的通信判断DSP的工作状态，当DSP处于空闲状态时，所述CPLD XC95288能够控制输入端DPSRAM向DSP发送待处理图像数据。
[0058] 本发明中采用ADSP-TS201DSP作为图像处理核心，其适用于大存储量、高性能、高速度的
信号处理或图像处理。各个ADSP-TS201 DSP均有四组链路口，利用一组链路口接收和发送图像数据，利用另外两组链路口与另两个ADSP-TS201 DSP交换图像处理的中间数据，剩余的一组链路口能够与系统的其他应用扩展件相连。如图1中示出的4个ADSP-TS201 DSP分别为DSP1、DSP2、DSP3和DSP4，各个ADSP-TS201DSP均示出了三组链路口L1、L2和L3，第四组链路口在结构图中未标出。
[0059] 所述存储模块40包括两片SDRAM和一片Flash芯片，其中，所述SDRAM为4个所述ADSP-TS201 DSP的外部总线上扩展的存储器，所述Flash芯片为系统中的程序引导芯片，并提供外部扩展存储器功能。ADSP-TS201 DSP的内部DRAM仅为24Mbit，且未集成片内ROM，需要在其外部扩展存储器用于存放应用程序和数据。本发明中可以设置分别由两个ADSP-TS201 DSP共享一个SDRAM，可选的，所述SDRAM的时钟频率大于80MHz。ADSP-TS201 DSP有片内集成的SDRAM
控制器，可以提供访问SDRAM的所有控制信号，且ADSP-TS201的外部数据总线为64bit，可连接两片各32bit的SDRAM，使得SDRAM的数据存储速率达640MBps，存储容量达512Mbits。一片Flash芯片不仅能够作为程序引导芯片，还能够作为外部存储器。可选的，所述Flash芯片的位宽为8bit，容量为8Mbits。
[0060] 本发明提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，能够将大画幅遥感图像进行分块分别由4个ADSP-TS201 DSP来分散处理，4个ADSP-TS201 DSP之间利用链路口互连，同时通过多处理器总线互连，整套系统同时具备松耦合和紧耦合的特点，4个ADSP-TS201 DSP能够共享中间处理数据，然后将各个数字处理器的处理结果合并后输出，能够降低数据流控制难度，保持系统良好的扩展性，实现大画幅遥感图像的实时处理。本发明以TLK2711高速串行收发器组成的数据输入/输出模块，及以高性能CPLD XC95288作为系统的控制核心能够实现图像数据输入/输出的格式转换、数据分发合并和时序控制等功能，能够实现图像处理系统的微型化设计，有利于星上大画幅遥感图像实时高速处理的实际工程化应用。另外，如果直接采用CPLD XC95288和DPSRAM进行解串操作需要耗费大量的内部资源，而本发明中采用TLK2711高速串行收发器来实现数据信号之间的转换，有利于节省控制模块的内部资源，提高系统的运行速度。
[0061] 实施例2
[0062] 本发明实施例2提供一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，图2为本发明实施例2提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统的工作流程图。如图2所示，
[0063] 首先，所述数据输入/输出模块20中的所述输入端TLK2711高速串行收发器的接收端接收遥感
图像采集系统(即星载相机)发来的图像数字信号，其中，图像数字信号通常为4路串行LVDS数字图像信号，输入端TLK2711高速串行收发器将4路串行LVDS数字图像信号转换为20路并行TTL数字图像信号，然后取高10bit有效数据得到所述待处理图像数据，将所述待处理图像数据发送给输入端DPSRAM。
[0064] 然后，所述CPLD XC95288接收控制指令(由系统使用者发出)，并对所述控制指令进行分析判定。
[0065] 当判定所述控制指令为图像处理模式指令时，所述CPLD XC95288控制所述输入端DPSRAM将待处理图像数据发送给所述数据处理模块30，通过数据总线向4个所述ADSP-TS201 DSP各自的链路口依次发送所述待处理图像数据。数据传输采用双数据率LVDS
信号传输。4个ADSP-TS201 DSP各自处理图像数据，同时4个ADSP-TS201 DSP之间也进行数据交换，在完成图像块的图像处理后，仍然采用双数据率LVDS信号格式链路口向数据总线传回处理结果给输出端DPSRAM，输出端DPSRAM在对处理后图像数据进行格式转换后输出系统的处理结果。
[0066] 可选的，所述输出端DPSRAM还用于接收所述处理后图像数据，并将所述处理后图像数据进行缓存合并；按照所述CPLD XC95288的控制逻辑，将所述处理后图像数据发送给所述输出端TLK2711高速串行收发器。
[0067] 当判定所述控制指令为直通模式指令时，所述CPLD XC95288控制所述输入端DPSRAM执行图像数据的直入直出；此时所述输入端DPSRAM的访问使能信号被所述CPLD XC95288使能。所述输入端DPSRAM与所述输出端TLK2711高速串行收发器相连接，所述输入端DPSRAM将所述待处理图像数据发送给所述输出端TLK2711高速串行收发器；所述输出端TLK2711高速串行收发器，将所述待处理图像数据由20路并行TTL数字图像信号格式转换为4路串行LVDS数字图像信号并输出。
[0068] 实施例3
[0069] 本发明实施例3提供一种用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，图3为本发明实施例3提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统的结构框图。如图3所示，大画幅遥感图像实时处理系统包括：数据输入/输出模块10、控制模块20、数据处理模块30、存储模块40和外围电路模块50；
[0070] 所述外围电路模块50包括电源供电模块501和电压监控模块502；
[0071] 所述数据输入/输出模块10、所述控制模块20、所述数据处理模块30和所述存储模块40均连接到所述电源供电模块501。所述电源供电模块501包括1个PTH05010W电源模块提供1.2V电压和可达15A的输出
电流，还包括1个PTH05000电源模块提供2.5V、1.6V、3.3V电压和可达6A的输出电流。整个系统的功耗主要来自4个ADSP-TS201 DSP。考虑到系统处于最差状态时的最大功耗及最大电流需求，结合各模块的电压需求，仅选取两个电源模块为系统供电，能够充分满足系统供电需求。
[0072] 所述电压监控模块分别与所述数据输入/输出模块10、所述控制模块20、所述数据处理模块30和所述存储模块40相连接，所述电压监控模块502用于实时监控各个模块的工作电压。本发明中电压监控模块，用于保证系统进入正常工作状态，同时在系统出现异常时起到保护作用，该模块以MAX708芯片为主，具有监测所述数据处理模块30工作电压和系统电压的功能。
[0073] 所述外围电路模块50还包括看门狗复位模块503，所述看门狗复位模块503与所述数据处理模块30相连接。可选的该模块中看门狗可以选用ADM706R，其既能够完成看门狗任务，又能在外部信号的驱动下为所述数据处理模块30提供良好的复位信号。可以使用ADSP-TS201的一个FLAG管脚作为看门狗的喂狗信号，另外可以在系统中设置一个按键作为所述数据处理模块30的起始信号输入
开关。
[0074] 通过上述实施例可知，本发明提供的用于星载相机的大画幅遥感图像实时处理系统，至少实现了如下的有益效果：
[0075] (1)本发明采用高性能CPLD XC95288通过DPSRAM，经过数据总线实现向ADSP-TS201发送或从ADSP-TS201接收图像数据，硬件实现简单、可靠性高，4个ADSP-TS201 DSP的单个链路口就可以提供单向500Mbytes/s的数据传输速度，完全满足了大画幅遥感图像进行实时处理的图像数据传输需求。并且4个ADSP-TS201之间利用链路口进行互连，同时通过多处理器总线互连，为中间处理数据的交互提供丰富的连接方式。
[0076] (2)本发明选择CPLD XC95288及两个DPSRAM作为系统的控制模块，CPLD XC95288能够根据用户需求自行构造逻辑功能的数字集成电路，其编程灵活、集成度高、开发周期短、适用范围宽、制造成本低，对于各类遥感图像实时处理应用具有良好的可拓展性。CPLD XC95288提供控制信号，而DPSRAM仅用于数据传输，控制模块的结构清晰，具有很强的可更改和可控制性。
[0077] (3)本发明在数据输入/输出模块中采用TLK2711作为接收器和发送器进行串行信号与并行信号间的转换，而非直接利用系统中的控制模块进行数据信号格式的转换操作。TLK2711能够提供最高2.7Gbps的数据吞吐量，能够满足大画幅遥感图像实时处理系统的图像数据输入输出需求。
[0078] (4)本发明将图像数据的输入输出、格式转换、分发合并和时序控制等功能合并到一个以TLK2711高速串行收发器组成的数据输入/输出模块及一个以CPLD为处理控制核心的控制模块中，实现了对硬件系统的微型化设计，具有显著的推广研究及应用意义。
[0079] 虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行
修改。本发明的范围由所附
权利要求来限定。
