基于fpga的高性能图像处理new

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1、基于FPGA的高性能图像处理在低成本器件上开发和实现高级成像模块作者：MichaelTuschApical有限公司首席执行官数字成像技术的快速发展，以及消费和工业市场对摄像机和显示器的巨大需求，对那些希望开发出高质量产品的开发商提出了重大挑战。为了从图像捕获和显示硬件中提取最佳的图像，人们开发出多种高级图像处理算法。但这些算法的实现受到多种因素的影响—算法的内在复杂性、降低材料成本的压力、支持众多格式的需求、自定义设备环境的要求，等等。图像处理IP的开发和许可，是Apical公司的核心业务。因此，解决上述挑战是我们公司成功的关键。如果设计新的IP内核因编码

2、和验证RTL方面的困难而受阻，或者，如果客户没有简单直接的方法评价并在他们的产品中实现图像处理IP，那么他们对于我们的研究成果的兴趣很快就会烟消云散。赛灵思中国通讯22期2006年夏季刊赛灵思中国通讯22期2006年夏季刊实践证明，FPGA特别有助于我们缩Apical公司的iridix技术，基于输入帧还是最佳的途径。但它们的局限性众短IP内核的开发周期，尤其是在视频的统计分析，将不同的非线性校正应所周知：ASSP不灵活、价格昂贵，应用方面。在IP开发中广泛使用用于每个像素。图1说明了该算法对并且开发费时。功能强大的DSP不仅FPGA，不仅可以缩短开发周期，

3、改于动态范围较宽的图像的效果。该算成本高，而且相应的软件应用程序可进IP质量，而且还能让我们迅速实现法有效地将不同的经过优化的灰度能与硬件的性能不匹配。FPGA的吸成果转化。在本文中，我将从适用于曲线应用于视频信号每一帧中的各显示应用的增强图像技术角度探讨个像素。这些优势。适用于平板显示器的图像处理显示器的图像质量由显示器的动态范围和色域决定。本质上，动态范围是在特定的环境光照条件下可呈现的最亮图像内容和最暗图像内容之间的亮度差别。色域表示可精确再现的颜色空间范围。与传统的阴极射线图2–经由FPGA的典型显示管道（图示处理前或处理后选项）如图2所示，在显示

4、图像处理管道中引力源于它集替代方案的优点于一采用该算法，可显著改进最终的图像身。质量。即使在非常明亮的环境光照条件下，具备这种处理能力的显示器也随着图像处理算法和目标显示应用可以有效地再现图像，同时保持在理的快速演变，对于Apical而言，FPGA想观看条件下的完美颜色和对比度。的灵活性显得尤其重要。在所有消费类电子产品开发中，上市时间是一个事实上，可以在任何阶段对源YUV数关键要素。它要求开发者在不牺牲产据或已处理的RGB进行这一处理。通品质量的前提下，必须尽可能缩短开图1-空变动态范围压缩法的效果常在标准显示管道之前（处理前）或发周期。之后（处理后）最

5、方便加入该算法。管（CRT）比较，平板显示器在这两实际上，您可以在处理后获得最佳的个关键特性方面均存在某些局限性。结果。尤其是在难以产生真黑色的黑暗区域，它们存在更小的动态范围和其他该算法远比传统方法要求苛刻。它是特殊问题。two-pass过程，数学上十分复杂，需要高精度运算（至少12位）和高速计依据显示器的动态范围调整输入视算来转换视频数据流并实时处理大频图像的标准技术是伽玛校正，或者帧图形（高清电视）。是当图像处理管道融合了微调非线性增益曲线功能时进行的某种修正。除算法复杂性之外，开发者还面临其但明显的动态范围调整会造成图像他一些挑战，包括融合不断出现

6、的新质量降低，损失对比度，导致颜色失型研发成果，支持许多不同的视频格真。式和解决用户化问题等。更好的方法是使用自适应空变法，也就是在帧的独特区域内采用不同的FPGA作为图像处理平台动态范围和颜色校正。完全在显示器在消费电子设备中实现图像处理功能力范围内的区域不改变，但在显示能的传统途径是采用ASSP或DSP。器能力范围外的区域收缩。利用这些途径仍然有效，在某些情况下，赛灵思中国通讯22期2006年夏季刊由于有足够的Slice，FPGA可以提供媲美标准ASSP的多种图像增强特性，支持解码、去交织和缩放等附加功能。结论过去五年来，业界在图像处理研发方面已经取得

7、了惊人的进步，尽管价格压力很大，显示器在提高图像质量方面仍有很大的余地。在设备制造中，与模块成图3-示例：适用于独立视频处理的1Spartan3架构本相比，成像管道对于最终结果的影响最大。IP要求FPGA要求所示。尽管Apical的主要动Spartan-3器件为成像设备厂商提供逻辑复杂性大约5,000个Slice或更多态范围压缩IP比大多数图像了一种新型的ASIC替代方案，利用图实时逐像素转换嵌入式硬件乘法器管道IP明显得更加复杂，但®像增强IP（如ApicalIP），图像设备厂存储查找表和统计嵌入式存储器器件（例如Xilinx的商可以改进它们的产品设计。

8、Spartan™-3FPGA）具备所上市时间良好的开发环境有必要的