流水線圖像旋轉(zhuǎn)ASIC設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、圖像旋轉(zhuǎn)作為最基本的數(shù)字圖像處理方法之一，幾乎在圖像處理的各個(gè)方面都有涉及，如用于日常生活中的數(shù)碼照片處理、用于軍事國防領(lǐng)域的電子穩(wěn)像等。在電子穩(wěn)像和目標(biāo)跟蹤等應(yīng)用領(lǐng)域不僅會(huì)涉及到圖像旋轉(zhuǎn)，而且對(duì)圖像旋轉(zhuǎn)還有著速度和精度方面的嚴(yán)格要求。
　　 本文在分析研究了多種圖像旋轉(zhuǎn)算法及其硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)現(xiàn)三步平移雙三次插值算法的流水線圖像旋轉(zhuǎn)ASIC 架構(gòu)，并完成了算法仿真、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、RTL 代碼設(shè)計(jì)與功能仿真、F

2、PGA 原型驗(yàn)證、邏輯綜合與時(shí)序分析、可測(cè)性設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，最后完成流片。與三步平移算法傳統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相比，該架構(gòu)有效縮短了處理時(shí)間，大大減少了片上存儲(chǔ)器的容量。同時(shí)，為了評(píng)估架構(gòu)中因有限字長效應(yīng)而導(dǎo)致的定點(diǎn)誤差，還運(yùn)用Matlab的定點(diǎn)工具箱完成了架構(gòu)的定點(diǎn)仿真和誤差分析，得出了（三角函數(shù)-小數(shù)平移量-插值核）17-12-13的優(yōu)化定點(diǎn)架構(gòu)。
　　 在模塊設(shè)計(jì)階段，為了緩解外部DSP的工作負(fù)荷，為輸入異步FIFO 提供

3、了可編程的水位。輸出接口除了能工作在讀寫使能信號(hào)控制寫操作模式下外，還能工作在適用于高速場合的RapidWrite模式。另外，提出了一種適用于內(nèi)嵌存儲(chǔ)器的流水線暫停模型，很好地解決了ASIC 暫停時(shí)存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)保持的問題。同時(shí)，采用了靈活的容錯(cuò)機(jī)制提高ASIC 運(yùn)行的穩(wěn)定性。最后結(jié)合ASIC對(duì)片外異步雙口SRAM的非獨(dú)享要求，還實(shí)現(xiàn)了片外存儲(chǔ)器的共享，最大限度地節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)成本。
　　 本芯片可處理的最大圖像為690×512（

4、列×行），旋轉(zhuǎn)角度范圍-45.0°～+45.0°，角度分辨率0.1°。輸入圖像位寬為16，在定標(biāo)系數(shù)為Q8（小數(shù)點(diǎn)位于16位整型數(shù)的第8位）時(shí)最大誤差低于0.1個(gè)灰度等級(jí)，平均誤差低于0.01個(gè)灰度等級(jí)。當(dāng)ASIC 核心工作頻率為100MHz時(shí)，對(duì)一幅690×512的圖像旋轉(zhuǎn)+45.0°，處理時(shí)間約為4.73ms，可滿足大多數(shù)圖像處理系統(tǒng)的性能要求。采用SMIC 0.18um 1P6M 1.8/3.3V CMOS工藝流片，時(shí)鐘頻率可達(dá)1