FPGA及DSP技術(shù)下的實況視頻圖像處理多種算法探究

1、FPGA及DSP技術(shù)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(shù)下的實況視頻圖像處理多種算法。在算法設(shè)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(shè)計，對圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)簡單的預(yù)處理，有效利用DSP技術(shù)處理復(fù)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(jié)果說明，實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%的實況視頻圖像處理效率。關(guān)鍵詞： DSP技術(shù)； 實況視頻； FPGA技術(shù)； 圖像處理算法中圖分類號： TN911.73

2、?34 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)應(yīng)用中，對實況視頻圖像處理多種算法進(jìn)展設(shè)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(shù)設(shè)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(yīng)用前景。1 FPGA及DSP技術(shù)1.1 技術(shù)原理現(xiàn)場可編程的門陣列Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA是在當(dāng)前可編程器件根底上開展的新產(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

6、，在FPGA內(nèi)部配置可邏輯編程的CLB模塊，同時該技術(shù)又具備IOB輸入/輸出模塊、內(nèi)部連線等，并確保在實際圖像處理中發(fā)揮應(yīng)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(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(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，可以進(jìn)步圖像處理的

7、靈敏性；還可以根據(jù)實際軟件設(shè)計需求重新配置內(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，也可以取出下一條的算法指令，進(jìn)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(shù)增加了系統(tǒng)設(shè)計器件靈敏性14，其具有強(qiáng)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(jìn)展相應(yīng)的修改、刪除與強(qiáng)化操作。2 設(shè)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(shè)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(shè)計需求。本次實況視頻圖像處理算法設(shè)計中，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，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(shè)計中，需要確保DSP子系統(tǒng)可以針對復(fù)雜的視頻圖像進(jìn)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(shè)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(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)計多種實況視頻圖像處理算法3.1 總體構(gòu)造在實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)計根底，提升了設(shè)計中算法構(gòu)造的靈敏性，并且也可以確保進(jìn)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(shè)計中，可以應(yīng)用模塊化的設(shè)計方式，以便有效進(jìn)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(bǔ)的技術(shù)。本次實況視頻圖像處理算法設(shè)計總體構(gòu)造如圖1所示。 3.2 FPGA硬件設(shè)計在該實況視頻圖像處理算法中，應(yīng)用FPGA作為設(shè)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(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(zhì)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(shè)置成和該點鄰

10、域窗口中全部像素點灰度中值，以此來進(jìn)展圖像處理。詳細(xì)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(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(fù)雜度為OM2；假設(shè)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(yīng)用DSP技術(shù)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(zhì)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(shè)該點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的最小的點就是當(dāng)前的搜索窗口中心點C點，那么進(jìn)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(shù)下算法應(yīng)用效益經(jīng)歷證，基于DSP和FPGA設(shè)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(shè)計需求，易于維護(hù)和晉級，具備較強(qiáng)的通用性。實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(shù)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(jìn)步系統(tǒng)進(jìn)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(xiàn)1 張廷華，樊桂花.基于DSP和FPGA的視頻格式轉(zhuǎn)換J.國外電子測量技術(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)械制造與自動化，2021，415：153?155.3 張

13、衛(wèi)國，王斌，陳宏燁，等.基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的實況視頻圖像處理系統(tǒng)設(shè)計J.長春理工大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2021，343：93?95.4 蘇宛新，程靈燕，程飛燕.基于DSP+FPGA的實時視頻信號處理系統(tǒng)設(shè)計J.液晶與顯示，2021，251：145?148.5 王厚，顧國華，錢惟賢，等.高速紅外視頻處理系統(tǒng)的設(shè)計研究J.紅外技術(shù)，20217：404?408.6 常奇峰，王開福.基于DSP和FPGA的視頻采集實時處理系統(tǒng)設(shè)計J.鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報自然科學(xué)版，2021，252：107?109.7 曲偉.一種基于高性能DSP的雷達(dá)視頻處理平臺J.電子技術(shù)應(yīng)用，2021，396：124?126.8 焦淑紅，關(guān)晨輝.實時視頻信號的Sobel邊緣檢測的FPGA實現(xiàn)J.電子科技，2021，279：62?64.9 徐曉，謝時岳.面向視頻流的畸變矯正算法的FPGA實現(xiàn)J.電視技術(shù)，2021，3713：53?55.10 曾巒，宋成功.基于DSP的圖像壓縮編碼器程序優(yōu)化J.計算機(jī)測量與控制，2021，183：671?673.11 劉小劍，楊敬寶，王闖.多核DSP實時圖像處理平臺設(shè)計與實現(xiàn)J.航空計算技術(shù)，20211：131?134.12 舒志猛，陳素華.基于FPGA和DSP的高速圖像處理系統(tǒng)J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，354：142?144.13 呂雷，王明