靈活可配的圖像處理軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，日益豐富繁多的數(shù)字圖像信息貫穿于民用、軍用和商用等各個(gè)領(lǐng)域，使得數(shù)字圖像處理技術(shù)成為迅速發(fā)展的學(xué)科之一。目前圖像處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式一般有六種:純軟件，基于DSP，GPU(GraphicProcessingUnit)，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的圖像處理，ASIC圖像處理專用芯片和FPGA實(shí)現(xiàn)方式。另外隨著集成電路的迅速發(fā)展，基于IP的SoC設(shè)計(jì)很大的縮短了開(kāi)發(fā)周期，所以開(kāi)發(fā)出一種圖像處理加速器IP在SoC設(shè)計(jì)中有著很重要的實(shí)際

2、意義與可實(shí)踐性。由于高清復(fù)雜的圖像信息對(duì)于實(shí)時(shí)性、高速率以及靈活性的要求，綜合以上方面，本文設(shè)計(jì)出一種基于圖像處理加速器的靈活可配的軟硬件協(xié)同工作架構(gòu)。
　　本文通過(guò)針對(duì)性的分析熵編碼、DCT（離散余弦變換）、色度空間轉(zhuǎn)換和圖像插值四種常用圖像處理技術(shù)，提取出計(jì)算復(fù)雜性高或調(diào)用頻繁的操作為基本算法操作，基于主要的運(yùn)算操作設(shè)計(jì)出一種靈活可配圖像處理加速器。此加速器分為四級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算，支持基本的向量加法，向量乘法，向量乘累加，

3、移位飽和等操作。采用軟硬件協(xié)同工作方式實(shí)現(xiàn)特定圖像處理技術(shù)，利用處理器對(duì)任務(wù)流架構(gòu)進(jìn)行軟件靈活配置，調(diào)用加速器實(shí)現(xiàn)圖像處理中的復(fù)雜步驟，在提高處理速度和頻率的同時(shí)減少處理器的開(kāi)銷。
　　本文設(shè)計(jì)基于杭州中天微系統(tǒng)有限公司的CK系列處理器以及符合IP-XACT標(biāo)準(zhǔn)封裝的SoC集成工具CkSoC。通過(guò)設(shè)計(jì)XML文件和IP生成器，將圖像處理加速器集成到CKSoC平臺(tái)中。調(diào)用CkSoC可以靈活的配置圖像處理加速器參數(shù)，增強(qiáng)了加速器在不同S

4、oC設(shè)計(jì)環(huán)境中的移植性，實(shí)現(xiàn)了加速器配置和集成的高效化。最后調(diào)用CkSoC生成一個(gè)簡(jiǎn)單JPEG圖像解碼系統(tǒng)，通過(guò)編寫驅(qū)動(dòng)調(diào)用加速器硬件完成IDCT、反量化和色度空間轉(zhuǎn)換，而其他過(guò)程使用處理器軟件完成，解碼圖像通過(guò)FPGA上液晶顯示器顯示出來(lái)。基于此加速器的圖像處理過(guò)程，都可以通過(guò)分析處理過(guò)程的復(fù)雜性，對(duì)圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件架構(gòu)劃分:把復(fù)雜性高或調(diào)用頻繁的操作抽象為基本算法操作，由硬件進(jìn)行加速，而控制復(fù)雜性高和調(diào)用頻率低的操作由處理器完