FPGA加速的实时图像处理算法设计与实现优化.docx
FPGA加速的实时图像处理算法设计与实现优化
目录
一、内容概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1.1实时图像处理技术的发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
1.2FPGA在实时图像处理中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
1.3研究目的及价值．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
研究内容与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2.1实时图像处理算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2.2FPGA加速技术研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
2.3设计与实现优化方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
二、实时图像处理算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
算法选择与确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
1.1常见实时图像处理算法介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
1.2算法选择依据与考量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
1.3算法流程设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
算法优化策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
2.1算法逻辑优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
2.2算法运算简化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
2.3算法并行化处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
三、FPGA加速技术原理及应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
FPGA基础介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
1.1FPGA结构与特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
1.2FPGA在图像处理中的应用优势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
FPGA加速原理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
2.1硬件加速技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
2.2FPGA加速机制及流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49
2.3加速性能影响因素分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
四、实时图像处理算法在FPGA上的实现与优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
算法硬件描述语言实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54
1.1VHDL/Verilog编程语言介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57
1.2算法硬件电路设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61
1.3仿真验证与结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62
实现优化策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63
2.1寄存器优化分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65
2.2数据流优化处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67
2.3逻辑资源优化利用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69
五、实验验证与性能评估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
实验环境与平台搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
1.1实验硬件平台介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73
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