一种基于FPGA的图像处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的图像处理方法，其处理步骤为：(1)图像采集：1)FPGA控制器的第一输出口在8个采集周期内依次发送8个次级模拟开关选通信号；FPGA控制器的第二输出口在8个采集周期内只发送1个主级模拟开关选通信号；2)将步骤1)得到的待处理的模拟图像信号进行放大、滤波和模数转换得到数字图像信号；3)将所述数字图像信号进行存储；(2)图像压缩。同时本发明专利技术还公开了一种基于FPGA的图像处理系统。本发明专利技术具有能够对数十路CCD摄像头的输出进行同时采集与快速处理，并且不过多占用控制器端口资源；同时能对大数据量图像信号进行高速的采集与存储的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像处理方法与系统，特别是涉及一种基于FPGA的图像处理方法与系统。
技术介绍
数据量庞大是图像处理领域的一个突出问题；特别是在图像帧率及分辨率要求高的场合，以常见的图像压缩芯片或DSP芯片为基础采用常规硬件结构所设计的图像处理系统均无法获得令人满意图像采集、压缩效果。同时由于数据量庞大，这对存储器的容量要求也随之增大，通常采用的解决办法是采用大容量存储器或者双端口存储器，因而核心控制器(通常采用DSP处理器)对存储器的控制难度增大，核心控制器内部逻辑设计复杂度也随之进一步增大。同时，值得注意的是，在硬件设计领域中，FPGA是常用的中央控制器，FPGA最大的特点是结构灵活，内部逻辑功能可以根据需要进行配置，修改和维护方便，适于模块化设计，从而能够提高算法效率等优点。现有技术中还缺少一种能对大数据量图像信号进行高速的采集与存储的基于FPGA的图像处理方法与系统。同时现有技术中也缺少一种能够对数十路CCD摄像头的输出进行同时采集与快速处理，并且不过多占用控制器端口资源的图像处理系统。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种能够对数十路CCD摄像头的输出进行同时采集与快速处理，并且不过多占用控制器端口资源；同时能对大数据量图像信号进行高速的采集与存储的基于FPGA的图像 处理方法。本专利技术还同时设计了一套基于FPGA的图像处理系统。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术手段：一种基于FPGA的图像处理方法，其特征在于：其处理步骤为：(1)图像采集：1)FPGA控制器的第一输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内依次发送8个次级模拟开关选通信号；FPGA控制器的第二输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内发送1个主级模拟开关选通信号；2)将步骤1)得到的待处理的模拟图像信号进行放大、滤波和模数转换得到数字图像信号；3)将所述数字图像信号进行存储：S1、在第一采集周期T1内将数字图像信号存入第一存储器；S2、在第二采集周期T2内将数字图像信号存入第二存储器，同时将存储在第一存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；S3、在第三采集周期T3内将数字图像信号存入第一存储器，同时将存储在第二存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；不断重复步骤S1、步骤S2和步骤S3；(2)图像压缩：核心数据处理单元对存储在第一存储器和第二存储器中的数字图像信号进行压缩处理；1)子采样，根据人眼对亮度的敏感程度比对色度高，按4∶1∶1格式抽取Y，Cr，Cb图像数据，为DCT变换准备数据；2)DCT变换，采用DA算法进行二维DCT变换；3)量化；4)熵编码。一种基于FPGA的图像处理系统，其特征在于：包括FPGA控制器、第一存储器、第二存储器、主级模拟开关、N个次级模拟开关、图像解码器和数字信号处理器；所述N的数量小于8；所述主级模拟开关和次级模拟开关均分别具有8个输入输出口、一个公共口和一个数控选通端；第1、2、3...N次级模拟开关的8个输入输出口均与CCD摄像头的输出 端相连接；第1、2、3...N次级模拟开关的公共口与主级模拟开关的第1、2、3...N输入输出口对应连接；第1、2、3...N次级模拟开关的数控选通端均与FPGA控制器的第一输出口相连接；所述主级模拟开关的数控选通端与FPGA控制器的第二输出口相连接；所述主级模拟开关的公共口与图像解码器的输入端相连接；所述FPGA控制器内部设置有数字图像信号分配单元、中间信号选择单元和核心数据处理单元；所述数字图像信号分配单元具有一路输入和两路输出；中间信号选择单元具有两路输入和一路输出；图像解码器的输出端与数字图像信号分配单元的信号输入端相连接，数字图像信号分配单元的第一输入端与第一存储器的数据输入端相连接，数字图像信号分配单元的第二输入端与第二存储器的数据输入端相连接；第一存储器的数据输出端与中间信号选择单元的第一输入端相连接，第二存储器的数据输出端与中间信号选择单元的第二输入端相连接，中间信号选择单元的输出端与核心数据处理单元的输入端相连接；所述第一存储器的地址端与地址计数器的输出端相连接、所述第二存储器的地址端与地址计数器的输出端相连接；所述核心数据处理单元的输出端与图像压缩器的输入端相连接。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的数据存储由两个数据存储器实现，具体采集存储方法是：将在第一采集周期T 1内将数字图像信号存入第一存储器；在第二采集周期T2内将数字图像信号存入第二存储器，同时将存储在第一存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；在第三采集周期T3内将数字图像信号存入第一存储器，同时将存储在第二存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；重复上述步骤不断采集存储数据。这与现有 技术中广泛的单存储器相比具有如下技术差异以及有益效果：本专利技术由两个独立的存储器芯片组成，两个存储器被交替存储数据，并且两个存储器使用同一地址信号，因此相对单个存储器存储容量更大，并且在数据被存储的同事也被读出送往核心数据处理单元处理，也即是数据的写入和读出可以同时完成，因此数据的存储与处理速度相对于单片存储器读写不能同时进行的状况相比，具有更快的处理速度；此外即使与具有两套数据端、地址端和控制端的双端口存储器相比，本专利技术只需要产生一个地址信号，而双端口存储器则需要两个地址信号才可以实现数据的存储，因此本专利技术还具有存储方式灵活，有利于简化中央控制器电路设计的有益效果。本专利技术中，被采集的信号经过两级模拟开关轮流选通，所有的N个次级模拟开关的数控选通端均与FPGA控制器的第一输出口相连接，FPGA控制器从第一输出口发送一个数控选通信号即可从N个次级模拟开关选出N个被采集信号(每个次级模拟开关的公共口输出一个信号)，这N个被采集的信号再在FPGA控制器的第二输出口发送的数控选通信号的控制下便轮流通过主级模拟开关进入放大模块和AD模块后最终进入FPGA控制器，从而完成信号的同时输入；FPGA控制器的第一输出口再次发送新的数控选通信号便可选出另一组N个被采集信号，这一组N个被采集信号又可以轮流通过主级模拟开关入进入放大模块和AD模块后最终进入进入FPGA控制器，因此本专利技术事实上可以完成8N个信号的采集工作，但是耗费FPGA控制器的端口资源只有两个三位信号，也即6个引脚，这大大节约了FPGA控制器端口资源，并且简化了电路结构。附图说明图1为本专利技术一种基于FPGA的图像处理系统结构示意图。图2为模拟开关阵列示意图图3为JPEG压缩流程图图4为行列分解的二维DCT结构图图5为直流系数Huffman编码图具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术做进一步详细说明。一种基于FPGA的图像处理方法，其处理步骤为：一、图像采集：(1)FPGA控制器的第一输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内依次发送8个次级模拟开关选通信号；FPGA控制器的第二输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内发送1个主级模拟开关选通信号；以上操作对多路模拟图像信号的轮流选通，实现了本专利技术可以同时采集多路图像信号的功能；(2)将步骤(1)得到的待处理的模拟图像信号进行放大、滤波和模数转换得到数字图像信号；该步骤可以使用常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的图像处理方法，其特征在于：其处理步骤为：(1)图像采集：1)FPGA控制器的第一输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内依次发送8个次级模拟开关选通信号；FPGA控制器的第二输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内发送1个主级模拟开关选通信号；2)将步骤1)得到的待处理的模拟图像信号进行放大、滤波和模数转换得到数字图像信号；3)将所述数字图像信号进行存储：S1、在第一采集周期T1内将数字图像信号存入第一存储器；S2、在第二采集周期T2内将数字图像信号存入第二存储器，同时将存储在第一存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；S3、在第三采集周期T3内将数字图像信号存入第一存储器，同时将存储在第二存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；不断重复步骤S1、步骤S2和步骤S3；(2)图像压缩：核心数据处理单元对存储在第一存储器和第二存储器中的数字图像信号进行压缩处理；1)子采样，根据人眼对亮度的敏感程度比对色度高，按4∶1∶1格式抽取Y，Cr，Cb图像数据，为DCT变换准备数据；2)DCT变换，采用DA算法进行二维DCT变换；3)量化；4)熵编码。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的图像处理方法，其特征在于：其处理步骤为：(1)图像采集：1)FPGA控制器的第一输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内依次发送8个次级模拟开关选通信号；FPGA控制器的第二输出口在第一模拟图像信号采集周期至第八模拟图像信号采集周期内发送1个主级模拟开关选通信号；2)将步骤1)得到的待处理的模拟图像信号进行放大、滤波和模数转换得到数字图像信号；3)将所述数字图像信号进行存储：S1、在第一采集周期T1内将数字图像信号存入第一存储器；S2、在第二采集周期T2内将数字图像信号存入第二存储器，同时将存储在第一存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；S3、在第三采集周期T3内将数字图像信号存入第一存储器，同时将存储在第二存储器内的图像信号送入核心数据处理单元；不断重复步骤S1、步骤S2和步骤S3；(2)图像压缩：核心数据处理单元对存储在第一存储器和第二存储器中的数字图像信号进行压缩处理；1)子采样，根据人眼对亮度的敏感程度比对色度高，按4∶1∶1格式抽取Y，Cr，Cb图像数据，为DCT变换准备数据；2)DCT变换，采用DA算法进行二维DCT变换；3)量化；4)熵编码。2.一种基于FPGA的图像处理系统，其特征在于：包括FPGA控制器、第一存储器、第二存储器、主级模拟开关、N个次级模拟开关、图像解码器和数字信号处理器；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仕海，陈宁宁，胡燏，
申请(专利权)人：乐山职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川;51