基于FPGA的視頻圖像旋轉(zhuǎn)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、在嵌入式實時圖像處理應(yīng)用中，圖像旋轉(zhuǎn)廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，它是很多圖像預(yù)處理、檢測的重要前提。在當今工業(yè)應(yīng)用中，人們要求圖像處理系統(tǒng)趨向小型化的同時，對系統(tǒng)的實時性也提出了更高的要求。近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，可編程邏輯器件FPGA的內(nèi)部資源越來越豐富，功能也越來越強大，因此FPGA在當前的嵌入式實時系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，同時FPGA憑借其強大的并行處理數(shù)據(jù)的能力和基于SOPC系統(tǒng)的靈活性在圖像處理領(lǐng)域有著很大的優(yōu)勢

2、。圖像處理的特點是處理的數(shù)據(jù)量大，處理耗時，特別是基于嵌入式軟核的軟件處理速度更是實時系統(tǒng)的一個瓶頸。鑒于此，本文完成了視頻圖像旋轉(zhuǎn)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)。
　　 本文采用基于SOPC系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計的思想進行設(shè)計，系統(tǒng)包括視頻采集模塊、視頻數(shù)據(jù)存儲模塊、視頻圖像旋轉(zhuǎn)及其硬件加速模塊、視頻顯示模塊。對視頻圖像旋轉(zhuǎn)的FPGA架構(gòu)進行總體設(shè)計，SOPC系統(tǒng)的構(gòu)建，采用CORDIC算法對旋轉(zhuǎn)矩陣中的正余弦計算進行硬件加速。軟件部分包

3、括圖像旋轉(zhuǎn)坐標變換和雙線性插值算法實現(xiàn)圖像旋轉(zhuǎn)。模塊之間通過Avalon總線協(xié)同工作。
　　 本文設(shè)計并實現(xiàn)了15級流水線的優(yōu)化CORDIC加速器對旋轉(zhuǎn)矩陣中的正余弦計算進行了硬件加速。CORDIC算法模塊經(jīng)過一定的時鐘周期就會連續(xù)得到輸入角度的正余弦結(jié)果，利用NiosⅡ的多周期自定義指令來實現(xiàn)它與NiosⅡ ALU的連接，實現(xiàn)了CORDIC加速器。通過對CORDIC算法的局限進行了優(yōu)化的FPGA設(shè)計，對旋轉(zhuǎn)周期的擴展，反正切函

4、數(shù)表存儲的優(yōu)化和模校正因子的簡化，在不改變算法精度的前提下，減少了ROM存儲單元的使用，擴展了旋轉(zhuǎn)的周期。
　　 最后給出了系統(tǒng)的實驗結(jié)果，對使用優(yōu)化的加速器加速之后和加速之前的性能進行比較，系統(tǒng)性能提高了大約26倍，系統(tǒng)得到了加速，提高了系統(tǒng)的實時性，同時還有大量的硬件和存儲資源用于其它的設(shè)計和應(yīng)用。
　　 本文的特色在于充分利用SOPC的設(shè)計思想和軟件的硬件加速思想，將設(shè)計的各個模塊集成在一塊單FPGA處理芯片上，相