一類(lèi)圖像處理算法的可重構(gòu)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的通用處理器都含有固定的硬件結(jié)構(gòu),通過(guò)順序執(zhí)行指令來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù),本質(zhì)上是串行的,而專(zhuān)用集成電路(ASIC)將適當(dāng)?shù)墓δ軉卧怨潭ǖ姆绞竭B接起來(lái)完成計(jì)算任務(wù),本質(zhì)上是并行的.通用處理器以時(shí)間來(lái)?yè)Q取處理問(wèn)題的靈活性,專(zhuān)用處理器效率高但靈活性差,可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)(Reconfigurable Computing-RC)為傳統(tǒng)通用處理器和專(zhuān)用處理器提供了一個(gè)非常有價(jià)值的發(fā)展方向.可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)處于靈活性和效率的中間位置,

2、結(jié)合了通用和專(zhuān)用二者的優(yōu)點(diǎn),在概念上既有ASIC一樣高效硬件電路實(shí)現(xiàn)也有類(lèi)似于通用處理器的靈活性.目前大多數(shù)研究成果基本由現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列器件(FPGA)和通用處理器構(gòu)成,由可編程器件提供對(duì)復(fù)雜運(yùn)算的加速計(jì)算能力.離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transformation_DFT)是數(shù)字信號(hào)分析與處理如圖形、語(yǔ)音及圖像等領(lǐng)域的重要變換工具,是數(shù)字圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ),通過(guò)在時(shí)域和頻域來(lái)回切換圖像,對(duì)圖像的信息特征進(jìn)行提

3、取和分析,簡(jiǎn)化了計(jì)算工作量,被喻為描述圖像信息的第二種語(yǔ)言<'[3]>,廣泛應(yīng)用在圖像變換.圖像編碼與壓縮、圖像分割、圖像重建中.它的快速算法-快速傅立葉變換(FFT)是當(dāng)前信息處理領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一種重要工具,但因其計(jì)算量巨大,很火程度上限制了其在實(shí)時(shí)處理領(lǐng)域的應(yīng)用.該文介紹了可重構(gòu)技術(shù)原理,在此基礎(chǔ)上:1.闡述了可重構(gòu)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及研究?jī)?nèi)容,并討論了其應(yīng)用前景.2.以快速傅立葉變換為實(shí)例算法,根據(jù)算法特點(diǎn)進(jìn)行可重構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以可重構(gòu)

4、實(shí)驗(yàn)板為載體完成算法實(shí)現(xiàn),FFT算法的關(guān)鍵在于蝶形運(yùn)算(Butterfly)的設(shè)計(jì)和地址產(chǎn)生邏輯的設(shè)計(jì),地址產(chǎn)生邏輯配合蝶形運(yùn)算的流水設(shè)計(jì)以可重構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)不同點(diǎn)數(shù)的FFT運(yùn)算排序功能,在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)節(jié)約了物理資源.3.對(duì)影響系統(tǒng)性能的浮點(diǎn)乘法器進(jìn)行了多種設(shè)計(jì),比較了基于FPGA結(jié)構(gòu)的乘法器和基于傳統(tǒng)并行思想的乘法器設(shè)計(jì).該論文參考了現(xiàn)有的幾種典型乘法器結(jié)構(gòu),提出兩種乘法器結(jié)構(gòu)方案,并進(jìn)行比較分析,在滿(mǎn)足性能指標(biāo)的同時(shí),還考慮了體積

5、、功耗、等因素,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了可重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用的研究.結(jié)果表明,可重構(gòu)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理能力方面比以往的系統(tǒng)有了很大的提高,該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的FFT重構(gòu)處理器可工作于60MHz下,完成一個(gè)16點(diǎn)FFT需要132個(gè)主時(shí)鐘周期,完成32點(diǎn)FFT需要324個(gè)主時(shí)鐘周期,而且具有一定可重構(gòu)性,可以方便地將其運(yùn)算點(diǎn)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展,或?qū)⑵渌膱D像處理算法在實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn).可重構(gòu)系統(tǒng)作為數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法,和傳統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)相比,不僅節(jié)省硬件資源的開(kāi)銷(xiāo),