FPGA及DSP技術(shù)下的實(shí)況視頻圖像處理多種算法探究

1、FPGA及DSP技術(shù)下的實(shí)況視頻圖像處理多種算法探究摘 要： 討論FPGA及DSP技術(shù)下的實(shí)況視頻圖像處理多種算法。在算法設(shè)計(jì)中，運(yùn)用FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)況視頻圖像處理中的微處理器接口設(shè)計(jì)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的預(yù)處理，有效利用DSP技術(shù)處理復(fù)雜的實(shí)況視頻圖像算法，并優(yōu)化圖像處理中的邏輯控制，以便實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，提升圖像的實(shí)時(shí)處理效率。結(jié)果說(shuō)明，實(shí)況視頻圖像處理算法中采用FPGA及DSP技術(shù)，可提升其低層信號(hào)預(yù)處理算法以及高層處理算法的處理速度，提升算法尋址靈敏性，并提升20%的實(shí)況視頻圖像處理效率。關(guān)鍵詞： DSP技術(shù)； 實(shí)況視頻； FPGA技術(shù)； 圖像處理算法中圖分類(lèi)號(hào)： TN911.73

2、?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X202116?0088?03Abstract： Various live video image processing algorithms based on FPGA and DSP technology are discussed. In this algorithm design， the FPGA is used to design the microprocessor interface for live video image processing， and preprocess the image data simply；

3、the DSP technology is used to process the complicated live video image algorithm， and optimize the logical control in image processing so as to realize the image data high?speed transmission and improve the real?time processing efficiency. The live video image processing algorithm based on FPGA and

4、DSP technologies can increase the processing speed of the low?level signal preprocessing algorithm and high?level processing algorithm， improve the addressing flexibility， and increase the processing efficiency of the live video image by 20.0%.Keywords： DSP technology； live video； FPGA technology； i

5、mage processing algorithm在現(xiàn)實(shí)信息化技術(shù)應(yīng)用中，對(duì)實(shí)況視頻圖像處理多種算法進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)，必須確定系統(tǒng)的算法可以處理大數(shù)據(jù)量圖像信息，這樣才能保證實(shí)況視頻圖像處理的實(shí)時(shí)性，這對(duì)視頻圖像運(yùn)算的速度和對(duì)信息處理運(yùn)算的種類(lèi)綜合性處理方面提出了更高的要求?；贔PGA及DSP技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)況視頻圖像處理多種算法提升了實(shí)況視頻圖像處理算法處理效率，將會(huì)有很好的應(yīng)用前景。1 FPGA及DSP技術(shù)1.1 技術(shù)原理現(xiàn)場(chǎng)可編程的門(mén)陣列Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA是在當(dāng)前可編程器件根底上開(kāi)展的新產(chǎn)物1?3。在FPGA技術(shù)中，可基于邏輯單元陣列LCA進(jìn)展設(shè)計(jì)

6、，在FPGA內(nèi)部配置可邏輯編程的CLB模塊，同時(shí)該技術(shù)又具備IOB輸入/輸出模塊、內(nèi)部連線等，并確保在實(shí)際圖像處理中發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值4。并且在實(shí)際使用FPGA時(shí)，可以保證用戶重新對(duì)FPGA邏輯、I/O模塊進(jìn)展配置，確保圖像處理算法邏輯滿足用戶需求5，提升算法程序編寫(xiě)效率。DSPDigital Singnal Processor作為一種微處理器，不僅有完好的系統(tǒng)操作指令，還包括有處理大量數(shù)字信號(hào)的器件6。同時(shí)，可以分開(kāi)設(shè)置數(shù)據(jù)總線與地址總線，防止算法程序編輯中數(shù)據(jù)與指令的混淆，提升了圖像處理指令執(zhí)行效率7。1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)FPGA技術(shù)有效抑制了傳統(tǒng)ASIC圖像處理中靈敏性差的缺點(diǎn)，可以進(jìn)步圖像處理的

7、靈敏性；還可以根據(jù)實(shí)際軟件設(shè)計(jì)需求重新配置內(nèi)部邏輯功能，方便電路更改與維護(hù)8?12。DSP技術(shù)下，系統(tǒng)執(zhí)行上一條算法指令的同時(shí)，也可以取出下一條的算法指令，進(jìn)步軟件圖像處理過(guò)程中微處理器的執(zhí)行速度13。使用DSP技術(shù)增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)器件靈敏性14，其具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理才能和高運(yùn)行速度，體積很小，可對(duì)數(shù)字實(shí)況視頻圖像處理信號(hào)進(jìn)展相應(yīng)的修改、刪除與強(qiáng)化操作。2 設(shè)計(jì)需求分析實(shí)況視頻圖像處理算法中，對(duì)系統(tǒng)的體積以及功耗設(shè)計(jì)都有很高的要求；并且要確保圖像處理穩(wěn)定性，需要提升實(shí)況視頻圖像處理算法計(jì)算精度，以滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求。本次實(shí)況視頻圖像處理算法設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)主要由DSP子系統(tǒng)和FPGA子系統(tǒng)構(gòu)成，以便保證

8、快速穩(wěn)定地處理大量實(shí)況視頻圖像數(shù)據(jù)流，并且還可以應(yīng)用外擴(kuò)SDRAM形式進(jìn)展設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)算法之間DSP與FPGA大容量圖像處理數(shù)據(jù)的交換。在該算法設(shè)計(jì)中，需要確保DSP子系統(tǒng)可以針對(duì)復(fù)雜的視頻圖像進(jìn)展處理，并可以提供對(duì)實(shí)況視頻圖像的存儲(chǔ)功能；在FPGA子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要確?？梢酝瓿蓪?shí)況視頻處理算法中對(duì)于CCD傳感器中預(yù)處理圖像數(shù)據(jù)的需求，提升算法通用性。3 基于FPGA及DSP技術(shù)下設(shè)計(jì)多種實(shí)況視頻圖像處理算法3.1 總體構(gòu)造在實(shí)況視頻圖像處理算法中，采用DSP結(jié)合FPGA技術(shù)構(gòu)造的設(shè)計(jì)根底，提升了設(shè)計(jì)中算法構(gòu)造的靈敏性，并且也可以確保進(jìn)步實(shí)況視頻圖像處理算法的通用性。故此，在本次實(shí)況視頻圖像處理

9、算法的設(shè)計(jì)中，可以應(yīng)用模塊化的設(shè)計(jì)方式，以便有效進(jìn)步圖像處理算法的效率，縮短開(kāi)發(fā)的周期。FPGA做邏輯控制，DSP做浮點(diǎn)算法，讓每個(gè)器件都發(fā)揮其作用；FPGA和DSP是兩項(xiàng)互補(bǔ)的技術(shù)。本次實(shí)況視頻圖像處理算法設(shè)計(jì)總體構(gòu)造如圖1所示。 3.2 FPGA硬件設(shè)計(jì)在該實(shí)況視頻圖像處理算法中，應(yīng)用FPGA作為設(shè)計(jì)過(guò)程中的專(zhuān)用集成電路，不僅可以有效解決算法處理中應(yīng)用定制電路的缺乏，又可以有效抑制原有圖像處理中可編程器件中有限門(mén)電路數(shù)的阻礙，提升實(shí)況圖像處理過(guò)程中的數(shù)字器件功能，發(fā)揮實(shí)況視頻圖像處理質(zhì)量。3.3 實(shí)況視頻圖像處理算法1 中值濾波算法在該算法中，可以將每一個(gè)圖像像素點(diǎn)中的灰度值設(shè)置成和該點(diǎn)鄰

10、域窗口中全部像素點(diǎn)灰度中值，以此來(lái)進(jìn)展圖像處理。詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)況視頻圖像中，在處理某個(gè)采樣窗口時(shí)，取出其中奇數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)并可以進(jìn)展相關(guān)排序；應(yīng)用排序后數(shù)據(jù)的中值，取代要進(jìn)展實(shí)況處理圖像的數(shù)據(jù)，可以得出圖像處理結(jié)果。圖像處理情況如圖2所示。假設(shè)需要處理的一幅實(shí)況視頻中圖像大小是N×N，那么整個(gè)圖像處理過(guò)程的時(shí)間復(fù)雜度為OM2；假設(shè)是圖像處理窗口較大，那么計(jì)算的量也會(huì)很大，會(huì)浪費(fèi)圖像處理的時(shí)間。故此，應(yīng)用DSP技術(shù)編程處理圖像，可以快速處理實(shí)況視頻圖像，并優(yōu)化圖像處理算法流程，提升圖像處理的質(zhì)量。2 四步搜索算法搜索匹配點(diǎn)組成一個(gè)菱形窗口，如圖3所示。其中，對(duì)于初始9個(gè)匹配點(diǎn)中，分別是菱

11、形4個(gè)頂點(diǎn)，以及4條邊中點(diǎn)，還有菱形中心點(diǎn)，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的SAD值，然后選取出在SAD中值最小的點(diǎn)。假設(shè)該點(diǎn)是本次搜索中的窗口中心，那么可以跳轉(zhuǎn)到最后一步，否那么，返回上一步。假設(shè)SAD的最小的點(diǎn)就是當(dāng)前的搜索窗口中心點(diǎn)C點(diǎn)，那么進(jìn)入最后的一步。四步搜索算法易于實(shí)現(xiàn)軟件流水，而非常適宜在DSP 上實(shí)現(xiàn)。3.4 實(shí)況視頻圖像處理算法代碼實(shí)現(xiàn)4 分析FPGA及DSP技術(shù)下算法應(yīng)用效益經(jīng)歷證，基于DSP和FPGA設(shè)計(jì)實(shí)況視頻圖像處理多種算法，滿足實(shí)況視頻圖像處理的實(shí)時(shí)性和功耗的設(shè)計(jì)需求，易于維護(hù)和晉級(jí)，具備較強(qiáng)的通用性。實(shí)況視頻圖像處理算法中，基于FPGA及DSP技術(shù)，提升了其低層信號(hào)預(yù)處理算法以及

12、高層處理算法的處理速度，提升算法尋址靈敏性，提升實(shí)況視頻圖像處理效率到達(dá)20.0%。5 結(jié) 論綜上所述，基于DSP以及FPGA技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)實(shí)況視頻圖像處理的多種算法，可以充分發(fā)揮FPGA技術(shù)的靈敏性，提升DSP圖像處理運(yùn)算的速度，也能發(fā)揮視頻圖像處理中尋址方式的靈敏性優(yōu)點(diǎn)，并更好地進(jìn)步系統(tǒng)進(jìn)展圖像處理過(guò)程中的集成度，降低圖像處理的功耗，有效滿足視頻實(shí)時(shí)性圖像處理的要求。參考文獻(xiàn)1 張廷華，樊桂花.基于DSP和FPGA的視頻格式轉(zhuǎn)換J.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，20212：57?59.2 胡敏，黃旭偉.基于SOPC技術(shù)的視頻圖像處理系統(tǒng)研究J.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2021，415：153?155.3 張

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