双路视频融合子系统的研究与设计

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随着多媒体技术的快速发展,高清甚至超高清视频技术得到普及,视觉信息处理系统中的数据吞吐量以及设计复杂度也在急剧上升,使用传统的专用集成电路以及通用处理器很难满足高性能、高灵活性的需求。然而,可重构处理器因其较高的能效比、丰富的运算资源、灵活的互连形式,能够有效的解决上述问题,并且成为视觉信息处理领域中的新的研究热点。本文介绍了双路视频融合子系统的整体架构和实现方式:首先将多源摄像头输入的视频图像输入给可重构处理器,可重构处理器根据Harris等经典图像拼接算法计算出仿射矩阵,并将仿射矩阵输出给融合子系统模块。融合子系统利用DDA(Digital Differential Analyzer)数值微分分析的方式将两幅视频图像拼接成一幅宽视野的图像,并采用片内乒乓读写的方式缓存到DDR2中。然后,将拼接缓存后的视频图像进行降噪处理。本文提出了一种基于半自适应阈值的边缘保护各向异性滤波算法,该算法相比传统的各向异性滤波算法,峰值信噪比PSNR提高了35%,结构相似比SSIM提高了10%,因此不仅提高了滤波降噪性能,还有效的保护了边缘细节信息。同时,整个系统可以通过人机交互控制界面OSD进行系统配置以及功能选择。OSD(On Screen Display)模块由Microblaze软核作为主控核,产生控制信号并驱动点阵显示模块产生相应的菜单画面。该系统的开发平台为Xilinx FPGA,型号为Virtex-5 XUPV5 LX110T。此外,由于整个系统的数据量大,需要仿真的功能多,该系统搭建了基于VMM(Verification Methodology Manual)方法学的验证平台,该验证平台使用SystemVerilog与C语言进行编写,仿真环境为Sysnopsys公司的VCS 2011。验证环境层次化,降低了验证平台的设计复杂性。同时,还使用了随机约束向量作为驱动向量,尽可能使功能覆盖率达到100%。相比于传统的动态仿真,该验证方式仿真速度快,覆盖率高,且便于维护与移植。
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