Xcell China 27 - (Page 12) 技 術 專 欄 軟件控制與分析 實際上，所有圖像處理系統都需要 某種形式的可以軟件編程的控制器，用 來正確配置系統，或者用來分析數據並 且以有效方式顯示分 析結果。這種可編程 控制系統的範圍包 括從FPGA 中嵌入的 處理器軟核或硬核 （如 Virtex FPGA 中嵌 入的 PowerPC）一直 到可以運行 Microsoft Windows Vista 的具有 極強的處理能力的 Intel Core 2 Quad 系統。具有了這些高性 能的處理器，系統設計人員就可以在軟 硬件之間劃分圖像處理任務；因此在軟 件系統和硬件系統之間實現高帶寬數據 管道非常重要。 Virtex-5 FPGA (IPT)與 Xilinx 聯合開發的新型 FPGA 原型 開發系統框圖。該系統稱為“高級視頻 開發平台 (AVDP)”，專門用來協助工程 師開發各種圖像處理算法。 圖 1 – 用 FPGA 技術實時操控 3D 圖像 查找錶 用查找錶可以有效實現圖像數據的動 態範圍的調整和非線形變換功能。實現 和訪問這種錶的方式取決於錶的輸入個 數。查找錶 (LUT)可以分為一維查找錶， 錶的輸出值僅依據一個輸入值；兩維查 找錶，由兩個輸入值產生一個輸出值； 和三維查找錶，由三個輸入值產生一個 輸出值。 一維和二維查找錶通常可以在 Block RAM 中實現（取決於輸入矢量的大 小）。但要在三維查找錶中獲得足夠的 數據精度，常常有必要使用外部存儲 器，如高速同步靜態RAM。而DRAM 往 往不適合，因為查找錶操作很少是突發 式，查找錶的地址經常是是隨機的，這 使 DRAM 的使用效率很低。 圖 3 – 高級視頻開發平台 DDR2 SDRAM Video Processing QDR II SRAM PCIe x4 Connector 圖 3 為 AVDP 的正面照片。該平台是 圍繞 Xilinx Virtex-5 FPGA 設計的，充分發 揮了該 FPGA的高速 I/O 能力，以及非常 適合實現濾波器和色彩空間轉換陣列的 系統架構優勢。該電路板還具有一個 PCI Express x4 連接器， 可以為軟件控制與分 析提供高速 PC 接口；用於大容量視頻存 儲的最大可達 1 GB 的高速 DDR2 SDRAM 存儲器，和最大可達 4 x 36 MB 的高速 QDR II SRAM。 AVDP 系統可以支持從 LX50T 到集 成DSP單元的SX95T 的一系列 Virtex-5 器 件，並且附有一系列專業級視頻 IP 的 VHDL 源代碼、軟件 API、器 件驅動程序和一 個用來幫助設計 人員開發圖像處理應用的調試應 I/O Module 用程序。 Clock Crosspoint MGTs MGT Reference Clocks Expansion Module Serial Ports I2C Bus From Spartan FPGA Clock Drivers I/O Module Serial Port V5 Control Bus V5S3 Video Bus I/O Module Parallel Bus 色彩空間轉換 一種很常見的圖像處理操作是圖像數 據的的色彩空間轉換。幾種不同的圖像 數據格式如RGB、YCbCr、XYZ 和 xvYCC， 使用都很廣泛，因此經常需要在這些不 同格式之間進行轉換。轉換操作通常使 用 3 x 3 的矩陣乘法操作。使用 Xilinx DSP Block 很容易實現這種矩陣乘法。 VXCOs Housekeeping Function I2C Bus I/O Module Parallel Port Sync Separator Sync Genlock I/O Module Parallel Port Video Encoder 結論 IPT 與 Xilinx 聯合開發的 AVDP 電路板代錶 FPGA 開發系統的最 新發展水平，滿足了圖像處理算 法開發平台的要求，即：靈活的 視頻 I/O、高速存儲器和高性能數 據採集與控制。 可用系統的主要應用有： • 編解碼器設計與開發：MPEG-2、 MPEG-4、JPEG-2000 • 視頻標準轉換 • 平板顯示器的視頻去隔行及縮放 算法 • 廣播級圖形發生器：字符發生 器、靜幀存儲器、鍵控器和混 合器 • 實時視頻特效 • 機器人視覺處理和算法開發 有關詳情，請訪問 : 。 CoolRunner-II CPLD C2 Bus Monitor Output Flash Interface Video Filter Flash PROM + Associated Switch Block Power Analog Video Output Analog Reference Input Spartan-3 FPGA Monitor Connector 視頻混合及鍵控 許多圖像處理應用都需要對多個圖 像源進行混合或交叉漸變處理，即使用 “鍵”(Key)或阿爾法( α )通道將一圖像與 另一圖像重 。這種操作完全可能通過 在各圖像源之間使用簡單的切換器來完 成這些操作；但這樣做不能實現可變透 明度 加，而且切換還可能在輸出圖像 中產生帶外分量。因此，專業的視頻混 合器和鍵控器使用由乘法器對構成的圖 像交叉漸變器以及具有“軟”低通濾波 邊緣的鍵信號。基於 FPGA 的系統應能非 常理想的實現上述的功能。 最終形成的平台架構 理想的圖像處理算法開發平台至少應 該提供大部分上述的處理單元。 儘管 Virtex-5 系列 FPGA 已經支持許多 所需單元，但有些單元（如大型幀存儲 器和專用視頻 I/O）仍需要外部組件。將 整個系統移植到PC環境下是一種將Xilinx ISE TM 軟件與用戶應用程序緊密集成的理 想方法。 圖 2 所示為 Image Processing Techniques 12 賽靈思中國通訊 27期 http://www.imageproc.com
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