人工智能-图像处理-基于FPGA的实时图像处理系统的研究.pdf资源-CSDN文库

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显然研究算子Ｏｌ［ｔ］，呜［．】，毋［．】的具体形式和运算方法是解

决问题的关键。本论文主要研究的是算子州·］，即把探测器的信号进

行预处理，并把目标检测出来。

§１．２实时数字图像处理技术发展概述１２３Ｉ

对于传统的冯．诺依曼结构的计算机，是属于标准串行机，大部分

工作是在存储器和ＡＬｕ之间交换数据，而数据的流动速率限制了计算

机的速度，这也就是通常所说的瓶颈效应，它很难完成实时高速的图像

处理工作。

随着ＰＣＩｌ６Ｊ总线的出现，这个问题得到了一定的解决，有人把数据

传输的时间压缩在１３ｍｓ，剩下的２７ｍｓ用来处理算法，但是，现在随着

处理的复杂性加大，算法也越来越复杂，这种处理是准实时的。因此，

多处理器系统、并行处理结构计算机成为发展的必然趋势【２“。

并行处理【２１】是利用计算过程中的并发性事件进行有效的信息处理，

并发性含有并行性、同时性和流水线三种含义．并行时间可在同一时间

间隔内在多重资源中发生，同时性事件是在同一瞬间发生，而流水线事

件可在重叠的时间段发生．这些并发性事件可以在计算机系统的各处理

级获得．最高级并行处理是通过多道、分时和多处理来实施多作业或多

程序，该级需要研究并行处理的算法，通过并行算法把有限的软硬件资

源有效的配置给求解大的计算问题的多个程序；次高级并行处理是实施

同一程序内部的过程和任务，这涉及把一个程序分解为多个任务；第三

级是利用多条指令的并发性，通过指令的并发性达到快速的并发作业．

并行处理不仅在计算机中得到应用，其处理思想也贯彻到硬件电路

的各个方面．数字图像处理系统在硬件结构方面也发生了重大变化，即

已由基本的串行结构发展成并行处理结构，由单处理器发展成多处理器

系统，或带阵列处理器的高速处理系统．随着并行结构理论、并行算法

和语言、ＶＬＳＩ技术及ＣＡＤ工具的发展，并行处理器阵列现已被广泛应

用于通信、生物医学、工业检测和军事等各个方面，也成为满足实时图

像处理超高强度运算能力要求的一个有效途径１２４１．

图像处理技术、压缩编码技术的不断发展和完善，以及ＶＬＳＩ技术

２

的迅猛发展使得用硬件电路实现实时图像处理成为可能。随着综合业务

数字网（ＩＳＤＮ）的不断推广以及多媒体技术的兴起，图像实时处理在各个

领域得到了广泛的应用。近年来不断涌现的各种高性能的专用芯片，数

字信号处理器（ＤＳＰ）以及超大规模可编程逻辑器件（ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣ），使

现代实时图像处理系统的设计和以往相比已不可同日而语。过去的一个

机箱，甚至一个机柜的信号处理系统，现在完全可以集成在单个芯片上。

可编程逻辑器件的出现，使得硬件设计人员可根据应用系统需要，通过

软件设计编程来实现大规模数字逻辑控制电路。貉

随着ＤＳＰ、ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣ的深入应用，也形成了一定的规律，即：算

法简单，但吞吐量高的、实时性强的处理放在ＦＰＧＡ中（如：ＦＩＲ滤波

等），其他复杂算法放在ＤＳＰ［６】【１中处理。本论文试着只用ＦＰＧＡ来完成

一些复杂算法．

§１．２．１

ＦＰＧＡ的特点１４ｌ

自从１９８４年Ｘｉｌｉｎｘ公司发明了现场可编程门阵列ＦＰ（认（Ｆｉｅｌｄ

Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ

Ｇａｔｅ

Ａｒｒａｙ），加上其他可编程逻辑器件（如ＧＡＬ、ＥＰＬＤ、

ＣＰＬＤ等），给电子系统设计带来革命性的转变．ＦＰＧＡ具有类似门阵列或

ＡＳＩＣ的结构，内部由布线资源分隔的可编程逻辑单元（或宏单元）构成

阵列，又由可编程Ｉ／Ｏ单元围绕阵列构成整个芯片．一个ＦＰＧＡ包含丰

富的具有快速系统速度的逻辑门（最快延时５ｎｓ）、寄存器和Ｉ／ｏ口，其

功能单元可实现多数ＴＴＬ７４ＬＳ系列器件功能，同时可支持ｒｒＬ和

ＣＭＯＳ电压输入；一些系列的产品还提供一定规模的存储决（如Ａｌｔｅｒａ

公司的ＡＣＥＸ系列），包括单口或多口ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＦＩＦＯ缓冲器．这

些特点给用户提供了很大的自由度去实现所设计的专门用途的集成化

数字电路．其外围电路简单，高度灵活的用户现场编程方式，现场定义

高容量数字单片系统的能力，能够重复定义、反复改写的新颖功能，将

电子应用设计工程师多年梦想变成现实．这就是：在实验室里，在电脑

系统前，现场设计、现场编程、现场配置、现场修改、现场验证，从而

在现场实现数字系统的单片化设计和应用．这意味着无须更改电路，只

要改写ＦＰＧＡ内部功能，整个系统又可实现新功能．即一个最小的芯片

方案可以转换来执行多个功能．硬件的配置变得象软件一样，灵活方便．

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