FPGA及DSP技術下的實況視頻圖像處理多種算法探究

1、FPGA及DSP技術下的實況視頻圖像處理多種算法探究摘 要： 討論FPGA及DSP技術下的實況視頻圖像處理多種算法。在算法設計中，運用FPGA實現(xiàn)實況視頻圖像處理中的微處理器接口設計，對圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)簡單的預處理，有效利用DSP技術處理復雜的實況視頻圖像算法，并優(yōu)化圖像處理中的邏輯控制，以便實現(xiàn)高速傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，提升圖像的實時處理效率。結果說明，實況視頻圖像處理算法中采用FPGA及DSP技術，可提升其低層信號預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%的實況視頻圖像處理效率。關鍵詞： DSP技術； 實況視頻； FPGA技術； 圖像處理算法中圖分類號： TN911.73

2、?34 文獻標識碼： A 文章編號： 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)實信息化技術應用中，對實況視頻圖像處理多種算法進展設計時，必須確定系統(tǒng)的算法可以處理大數(shù)據(jù)量圖像信息，這樣才能保證實況視頻圖像處理的實時性，這對視頻圖像運算的速度和對信息處理運算的種類綜合性處理方面提出了更高的要求?；贔PGA及DSP技術設計實況視頻圖像處理多種算法提升了實況視頻圖像處理算法處理效率，將會有很好的應用前景。1 FPGA及DSP技術1.1 技術原理現(xiàn)場可編程的門陣列Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA是在當前可編程器件根底上開展的新產物1?3。在FPGA技術中，可基于邏輯單元陣列LCA進展設計

6、，在FPGA內部配置可邏輯編程的CLB模塊，同時該技術又具備IOB輸入/輸出模塊、內部連線等，并確保在實際圖像處理中發(fā)揮應用價值4。并且在實際使用FPGA時，可以保證用戶重新對FPGA邏輯、I/O模塊進展配置，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)字信號的器件6。同時，可以分開設置數(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 技術優(yōu)勢FPGA技術有效抑制了傳統(tǒng)ASIC圖像處理中靈敏性差的缺點，可以進步圖像處理的

7、靈敏性；還可以根據(jù)實際軟件設計需求重新配置內部邏輯功能，方便電路更改與維護8?12。DSP技術下，系統(tǒng)執(zhí)行上一條算法指令的同時，也可以取出下一條的算法指令，進步軟件圖像處理過程中微處理器的執(zhí)行速度13。使用DSP技術增加了系統(tǒng)設計器件靈敏性14，其具有強大數(shù)據(jù)處理才能和高運行速度，體積很小，可對數(shù)字實況視頻圖像處理信號進展相應的修改、刪除與強化操作。2 設計需求分析實況視頻圖像處理算法中，對系統(tǒng)的體積以及功耗設計都有很高的要求；并且要確保圖像處理穩(wěn)定性，需要提升實況視頻圖像處理算法計算精度，以滿足實際設計需求。本次實況視頻圖像處理算法設計中，系統(tǒng)主要由DSP子系統(tǒng)和FPGA子系統(tǒng)構成，以便保證

8、快速穩(wěn)定地處理大量實況視頻圖像數(shù)據(jù)流，并且還可以應用外擴SDRAM形式進展設計，實現(xiàn)算法之間DSP與FPGA大容量圖像處理數(shù)據(jù)的交換。在該算法設計中，需要確保DSP子系統(tǒng)可以針對復雜的視頻圖像進展處理，并可以提供對實況視頻圖像的存儲功能；在FPGA子系統(tǒng)設計中，需要確?？梢酝瓿蓪崨r視頻處理算法中對于CCD傳感器中預處理圖像數(shù)據(jù)的需求，提升算法通用性。3 基于FPGA及DSP技術下設計多種實況視頻圖像處理算法3.1 總體構造在實況視頻圖像處理算法中，采用DSP結合FPGA技術構造的設計根底，提升了設計中算法構造的靈敏性，并且也可以確保進步實況視頻圖像處理算法的通用性。故此，在本次實況視頻圖像處理

9、算法的設計中，可以應用模塊化的設計方式，以便有效進步圖像處理算法的效率，縮短開發(fā)的周期。FPGA做邏輯控制，DSP做浮點算法，讓每個器件都發(fā)揮其作用；FPGA和DSP是兩項互補的技術。本次實況視頻圖像處理算法設計總體構造如圖1所示。 3.2 FPGA硬件設計在該實況視頻圖像處理算法中，應用FPGA作為設計過程中的專用集成電路，不僅可以有效解決算法處理中應用定制電路的缺乏，又可以有效抑制原有圖像處理中可編程器件中有限門電路數(shù)的阻礙，提升實況圖像處理過程中的數(shù)字器件功能，發(fā)揮實況視頻圖像處理質量。3.3 實況視頻圖像處理算法1 中值濾波算法在該算法中，可以將每一個圖像像素點中的灰度值設置成和該點鄰

10、域窗口中全部像素點灰度中值，以此來進展圖像處理。詳細的實現(xiàn)方法：實況視頻圖像中，在處理某個采樣窗口時，取出其中奇數(shù)個數(shù)據(jù)并可以進展相關排序；應用排序后數(shù)據(jù)的中值，取代要進展實況處理圖像的數(shù)據(jù)，可以得出圖像處理結果。圖像處理情況如圖2所示。假設需要處理的一幅實況視頻中圖像大小是N×N，那么整個圖像處理過程的時間復雜度為OM2；假設是圖像處理窗口較大，那么計算的量也會很大，會浪費圖像處理的時間。故此，應用DSP技術編程處理圖像，可以快速處理實況視頻圖像，并優(yōu)化圖像處理算法流程，提升圖像處理的質量。2 四步搜索算法搜索匹配點組成一個菱形窗口，如圖3所示。其中，對于初始9個匹配點中，分別是菱

11、形4個頂點，以及4條邊中點，還有菱形中心點，計算出每個點的SAD值，然后選取出在SAD中值最小的點。假設該點是本次搜索中的窗口中心，那么可以跳轉到最后一步，否那么，返回上一步。假設SAD的最小的點就是當前的搜索窗口中心點C點，那么進入最后的一步。四步搜索算法易于實現(xiàn)軟件流水，而非常適宜在DSP 上實現(xiàn)。3.4 實況視頻圖像處理算法代碼實現(xiàn)4 分析FPGA及DSP技術下算法應用效益經歷證，基于DSP和FPGA設計實況視頻圖像處理多種算法，滿足實況視頻圖像處理的實時性和功耗的設計需求，易于維護和晉級，具備較強的通用性。實況視頻圖像處理算法中，基于FPGA及DSP技術，提升了其低層信號預處理算法以及

12、高層處理算法的處理速度，提升算法尋址靈敏性，提升實況視頻圖像處理效率到達20.0%。5 結 論綜上所述，基于DSP以及FPGA技術，設計實現(xiàn)實況視頻圖像處理的多種算法，可以充分發(fā)揮FPGA技術的靈敏性，提升DSP圖像處理運算的速度，也能發(fā)揮視頻圖像處理中尋址方式的靈敏性優(yōu)點，并更好地進步系統(tǒng)進展圖像處理過程中的集成度，降低圖像處理的功耗，有效滿足視頻實時性圖像處理的要求。參考文獻1 張廷華，樊桂花.基于DSP和FPGA的視頻格式轉換J.國外電子測量技術，20212：57?59.2 胡敏，黃旭偉.基于SOPC技術的視頻圖像處理系統(tǒng)研究J.機械制造與自動化，2021，415：153?155.3 張

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