清晰化算法在DSP上的实现

清晰化算法在DSP TIDM642上的实现，之前的部分工作摘要于此。

1 DSP平台的选择

1.1 DM642 Evolution Module

选择现有的DM642 Evolution Module(EVM)作为开发平台。
(1) DM642作为TI公司一款功能强大的经典芯片之一。主要性能如下：

高性能的定点信号处理器：指令执行周期可达1.39ns，时钟频率最高可达720MHz；完全兼容C64x系列软件。
增强的超长指令字(VLIW) C64x核：6个32/40位的ALU；两个乘法器支持每时钟周期4个16×16bit乘法或8个8×8bit乘法；64个32位通用寄存器；
L1/L2存储结构；16KB L1P 程序Cache、16KB L1D 数据Cache；256KB统一编址的RAM/Cache；64位外部存储器接口（EMIF）总线；1024M可编址外部地址空间。
(2) DM642 EVM是基于DM642芯片的开发板，它是一个可开发DM642所有功能并包含所有相关外部器件的工作系统。它包括：32MB SDRAM；4MB线形Flash存储器；2个视频解码器；1个视频编码器；双口RS-232串行口和线形驱动；32KB I2C EEPROM等常用器件。
因此，DM642 EVM是进行数字图像处理较好的选择。

2 系统总体设计方案

视频实时系统分为视频采集、视频处理(去雾/夜视增强)和视频显示三个部分。处理过程如图所示。具体工作原理是：摄像头采集退化的模拟视频信号，模拟视频信号通过DM642 EVM上的解码芯片SAA7115解码成数字并行信号BT656码流送DM642视频端口(输入)，并以EDMA方式传到SDRAM中存储。DM642 CPU通过访问SDRAM中的图像，处理后送回SDRAM中的输出缓冲区。DM642视频端口(输出)会以EDMA方式从SDRAM的输出缓冲区取得数据后形成BT656码流送出。DM642 EVM上的编码芯片SAA7105编码BT656码流成模拟视频信号输出，清晰化后的视频图像可以在显示器上显示。

3 算法基本流程

4 算法难点

(1)浮点型数据的处理：由于在算法中涉及到除法、在去雾中透射率的也是(0,1]之间的小数。而DM642是定点DSP，直接使用浮点型数据进行运算，速度太慢；
(2)滤波核半径较大时，算法复杂度也将是巨大的，算法在DSP上的运行效率也会十分低下。
(3)图像处理的数据量大，如何充分利用DSP资源，提高程序运行效率，成为算法实现的一个难点。

5 优化方案

降低算法本身复杂度，如：

在导向滤波中求取均值、方差时，使用boxfilter的方法，快速计算邻域内像素和，使得算法具有O(N)的时间复杂度。
去雾过程是在RGB颜色空间进行的，因此，首先需要将视频解码器输出的YUV格式的数据转换成RGB格式。对于颜色空间的转换，直接使用转换公式至少需要4次乘法和6次加法。实际过程中对每个像素点都进行这样的运算，计算量很大。可使用部分查表法，以查表代替乘法运算。

C代码的优化

程序中影响性能的主要代码是循环，优化一个循环可以抽出这个循环放在单独的文件，重新编写、重新编译和单独运行。
对浮点型数据的处理，采用Q格式定标的方法，浮点小数以定点小数形式运算。
使用关键字restrict消除存储器相关性，利于指令并行操作。
利用C64x的双16位扩充功能，一个周期可进行两个16位数据的运算。优化时，应该将连续的短整型数据流转换成整型数据流操作。
使用内联函数和循环展开。内联函数(如_add2()等)直接与C64x汇编指令映射，循环体内加入内联函数不影响程序流水执行；而循环的展开可以使CPU内的功能单元和寄存器得到充分利用，使循环体达到最佳流水状态。
使用逻辑运算代替乘除运算。
把程序和经常要用的数据放入片内RAM。
通过EDMA技术搬运片内片外的数据。EDMA不占用CPU时间，可提高运行速度。
使用C64x编译器提供的若干优化选项，如-o3程序级优化等。
使用TI提供的优化好的库函数，如DSPLIB、IMGLIB等。