Blackfin處理器在工業(yè)圖像處理中的設計應用

由于處理器（PC)）能提供低成本、小尺寸、可擴展的圖像處理系統,所以它們比功耗和價(jià)格較高的其它同類(lèi)系統更具吸引力。公司的處理器系列時(shí)鐘頻率為,包括便于高效數據搬移和處理的增強結構,這種結構類(lèi)似雙乘法累加單元,提供了用作視頻和數據通道的高速并行接口。下面將介紹一些常用的圖像處理和視頻處理的算法,以說(shuō)明處理器的這些特性如何在當今的圖像處理系統中發(fā)揮其作用。

1Blackfin處理器具有很多適合于圖像應用的特點(diǎn)

2Blackfin 處理器由于具有雙單元,所以可以在個(gè)周期內產(chǎn)生兩個(gè)輸出點(diǎn),相當于每個(gè)周期做一個(gè)×卷積

1所示,靠近內核處理器的等級是最快的,但是通常容量太小而沒(méi)有大的圖像緩存。這也是直接存儲器存取如此重要的原因之一。在方式下,數據框架可以將數據從快速內存中存入和取出,同時(shí)源自視頻外圍設備的數據裝入片外較大的緩沖器中?？刂破鳘毩⒂趦群颂幚砥鞴ぷ?而內核周期僅僅用于在傳輸完成時(shí)提供中斷。下面介紹的每種算法都利用了一些基于的框架類(lèi)型以達到盡可能最佳性能。選擇這些算法是因為它們適用在很廣的應用領(lǐng)域。

3×卷積

3×的掩碼,但是掩碼又不能太小,否則將無(wú)法檢測出一幅圖像的邊緣。

2示出了個(gè)矩陣：一個(gè)輸入矩陣,一個(gè)×掩碼矩陣和一個(gè)輸出矩陣。通過(guò)適當地對其輸入數據,處理器的單元能夠在一個(gè)處理器周期內每次處理兩個(gè)輸出點(diǎn),同時(shí)讀取與運算并行執行的多個(gè)數據。這種方法允許對每次循環(huán)重復周期或者每像素周期的雙輸出點(diǎn)的高效計算。

3×卷積內核來(lái)逼近水平邊緣和垂直邊緣。第一個(gè)矩陣檢測垂直邊緣的變化,而第二個(gè)矩陣檢測水平邊緣的變化。

Blackfin處理器采用保留×像素圖像兩個(gè)梯度中的較大值的方法,處理一幀大約要用,同時(shí),它使用基于的二維數據框架從快速處理器內存中存取數據。

Blackfin處理器的幾個(gè)特性

Blackfin處理器上,即使處理器有級通道,一個(gè)預分支的處理也可以小至一個(gè)周期。這對具有信號處理功能的處理器來(lái)說(shuō)是相當可觀(guān)的,而且這顯然有助于縮短這種情況下的計算時(shí)間。

Blackfin處理器信號處理功能可以在一個(gè)周期內完成兩個(gè)乘法運算,同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩次存儲器讀取累加表值。事實(shí)證明,這種方式可以很好地完成定點(diǎn)霍夫變換,效果與浮點(diǎn)計算相當。

// loop over the values

a0 += a1; // add the results

Blackfin處理器提供一個(gè)矢量指令以從兩個(gè)操作數對中找出兩個(gè)最大值。這種處理方法可以有效地將找出一個(gè) N

MAC和算術(shù)邏輯單元外,處理器還有可以應用于單周期指令的四個(gè)附加的。這四個(gè)可以同時(shí)處理四組字節例如添加、刪減和求平均。在包含圖像幀之間的運動(dòng)估算中非常有用。

8 位減法絕對值累加指令減去四對值,取每個(gè)差值的絕對值,并將每個(gè)結果累加到一個(gè)累加器中,從而對物體運動(dòng)進(jìn)行辨別?？傊?處理器有多種有效檢測相鄰圖像幀運動(dòng)的方法。

FFT

(FFT)是計算離散傅立葉變換的快速算法。在計算二維數據時(shí),其主要用途包括通過(guò)快速卷積濾波、快速相關(guān)、圖像增強和物體識別?！翀D像的二維大小也應是×。其旋轉因子通常在運行時(shí)間之前計算。

FFT算法高效運算的位反轉和蝴蝶加減指令。為了完成二維位反轉,將×輸入圖像展開(kāi)成大小為2的一維矢量,這主要是因為由位反轉一維矢量生成的轉置矩陣等于二維位反轉。

16×合成二維要求的周期數目是包括開(kāi)銷(xiāo)。這段代碼實(shí)際上可以通過(guò)將輸入數組元素的虛部設為零而用來(lái)計算實(shí)數。對于使用復數代碼的更高效實(shí)數執行方法,兩個(gè)實(shí)數矩陣可被打包為復數二維的一個(gè)復數輸入。這種被稱(chēng)為“打包和分裝”或者“大量生產(chǎn)”的方法需要后端處理來(lái)分離輸出,并需要兩個(gè)圖像來(lái)變換。但這在快速卷積和快速相關(guān)中通常不是問(wèn)題,因為兩個(gè)變換總是需要計算的。

Blackfin處理器的體系構造有助于使其成為工業(yè)圖像處理系統中非常有用的處理器。此外,公司還提供基于處理器的圖像處理和分析的公用“圖像處理工具箱”內核。最新的樣片――將以太網(wǎng)、控制器和接口集成在一顆芯片上,增強了外圍設備功能,加上這些工具,將會(huì )大大擴展工業(yè)圖像處理應用領(lǐng)域的范圍。