基于可重构处理器的视觉处理SOPC架构研究

摘要

随着视觉信息处理技术在各大工业领域的迅猛发展，近年来高分辨率视频技术越来越受到研究者的关注。由于视频图像数据运算规模庞大，吞吐量性能要求高，视觉信息处理系统设计随之变得越来越复杂。在传统视觉信息处理方法中，通用处理器计算效率低，速度慢，ASIC方式灵活性低，这导致他们无法同时满足高性能与高灵活性的需要。可重构处理器充分发挥了软件灵活性和硬件高性能两方面的优势，在低功耗可配置系统中以其高效的并行处理能力成为视觉信息处理领域中的一个新的研究热点。
　　本研究对基于可重构处理器的视觉处理SOPC架构进行了分析，通过仲裁访存方式来高效利用存储区间，完成系统中各接口单元的设计与验证，保证视频图像数据稳定传输，最终满足视觉信息处理系统的实时性要求。本文首先设计并验证了主处理子系统与后处理子系统之间的前置接口来完成视频融合数据的传输，然后设计了后处理子系统与显示设备之间的后置接口来实现标准制式视频输出；在参数传递与控制接口中，设计规划了串口传输协议；在片外存储器接口单元中完成了视频的帧缓存设计；在可重构处理器接口单元中，对比了不同类型异步信号的处理方式；另外，为了在视觉信息处理系统设计过程中对图像质量进行及时有效的评估，本文提出了一种基于全局信息与双随机窗口相似度的图像质量评价策略，提高了系统的性能与可靠性。软件仿真与硬件验证结果证明了本架构设计的正确性与鲁棒性，子系统与可重构处理器接口均支持异步数据传输和参数控制通信，最终可以完成视频图像的拼接融合与标准化显示，满足视觉信息处理系统的实时性要求。同时，各子系统单元内寄存器支持动态配置来切换不同的工作模式，具有较高的灵活性。另外，通过与11种不同国际主流算法在4个大型公开图像数据库的实验对比，在预测精度上，本文提出的图像质量评价算法模型针对多种失真类型均具有较高的性能且算法本身复杂度很低。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文选题背景及意义

1.2 本文的主要研究内容

1.3 本文的组织结构及章节安排

第2章 视觉信息处理SOPC架构

2.1 子系统间数据接口

2.2 视觉信息处理SOPC参数控制接口

2.3 视觉信息的缓存规划

2.4 视觉图像质量评价技术研究

第3章 可重构处理器异步接口设计

3.1 亚稳态与异步设计

3.2 多时钟域信号处理

3.3 可重构处理器异步接口设计

第4章 实验结果与分析

4.1 主处理子系统接口验证

4.2 后处理子系统接口验证

4.3 参数控制接口验证

4.4 可重构处理器接口验证

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢