一類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),通過順序執(zhí)行指令來實現(xiàn)計算任務(wù),本質(zhì)上是串行的,而專用集成電路(ASIC)將適當?shù)墓δ軉卧怨潭ǖ姆绞竭B接起來完成計算任務(wù),本質(zhì)上是并行的.通用處理器以時間來換取處理問題的靈活性,專用處理器效率高但靈活性差,可重構(gòu)計算技術(shù)(Reconfigurable Computing-RC)為傳統(tǒng)通用處理器和專用處理器提供了一個非常有價值的發(fā)展方向.可重構(gòu)計算技術(shù)處于靈活性和效率的中間位置,

2、結(jié)合了通用和專用二者的優(yōu)點,在概念上既有ASIC一樣高效硬件電路實現(xiàn)也有類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)場可編程門陣列器件(FPGA)和通用處理器構(gòu)成,由可編程器件提供對復(fù)雜運算的加速計算能力.離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transformation_DFT)是數(shù)字信號分析與處理如圖形、語音及圖像等領(lǐng)域的重要變換工具,是數(shù)字圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ),通過在時域和頻域來回切換圖像,對圖像的信息特征進行提

3、取和分析,簡化了計算工作量,被喻為描述圖像信息的第二種語言<'[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,但因其計算量巨大,很火程度上限制了其在實時處理領(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)的特點以及研究內(nèi)容,并討論了其應(yīng)用前景.2.以快速傅立葉變換為實例算法,根據(jù)算法特點進行可重構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計,以可重構(gòu)

4、實驗板為載體完成算法實現(xiàn),FFT算法的關(guān)鍵在于蝶形運算(Butterfly)的設(shè)計和地址產(chǎn)生邏輯的設(shè)計,地址產(chǎn)生邏輯配合蝶形運算的流水設(shè)計以可重構(gòu)方式實現(xiàn)不同點數(shù)的FFT運算排序功能,在提高系統(tǒng)性能的同時節(jié)約了物理資源.3.對影響系統(tǒng)性能的浮點乘法器進行了多種設(shè)計,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.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,并進行比較分析,在滿足性能指標的同時,還考慮了體積

5、、功耗、等因素,在此基礎(chǔ)上,進行了可重構(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)計實現(xiàn)的FFT重構(gòu)處理器可工作于60MHz下,完成一個16點FFT需要132個主時鐘周期,完成32點FFT需要324個主時鐘周期,而且具有一定可重構(gòu)性,可以方便地將其運算點數(shù)進行擴展,或?qū)⑵渌膱D像處理算法在實時處理系統(tǒng)中實現(xiàn).可重構(gòu)系統(tǒng)作為數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計的新方法,和傳統(tǒng)的計算系統(tǒng)相比,不僅節(jié)省硬件資源的開銷,