FPGA图像处理系统关键问题研究(2)
4.2.2 部分调试错误的分析 23
4.3 SDRAM控制器移植测试 24
结 论 25
致 谢 27
参考文献28
1 绪论
数字图像处理是指利用计算机对数字图像进行特征处理满足应用需求的技术。此项技术起源于二十世纪60年代，美国喷气推进实验室首次成功使用计算机处理“徘徊者7号”卫星发回的大量月球图片并绘制出月球表面地图[1]。从此以后，随着计算机的高速发展以及军用及民用领域对图像处理的需求不断提高，数字图像处理在生物医学、工业检测、遥感成像、计算机视觉等多方面得到广泛应用与发展[2]。尤其在踏入二十一世纪后，许多用于图像采集及处理的芯片不断推出，数字图像处理获得了更加广阔的发展空间，在科研领域中，数字图像处理系统在实验数据采集以及图像视频数据预处理中起到重要作用。因此，对数字图像处理系统的研究以及对现有设计进行优化具有重要的意义。
1.1 国内外研究背景
如今，数字图像处理系统的发展趋势是在注重更快的处理速度及更高的可靠性的同时控制系统成本及体积，从而提高系统的通用性和普适性。如今，Xilinx、Altera等世界著名的FPGA厂商的生产工艺已经达到40nm，处理芯片具有了更加强大的运算能力，更低的能耗，更小的体积，使得FPGA在数字图像处理系统设计中的有着更加明显的优势[1]。
通常，在设计数字图像处理系统时，设计者可以根据系统要求选择不同的视频解码芯片及处理器，但系统的结构基本相同。目前，国内主流设计系统大都基于FPGA，并将系统分为以下五个主要部分：I2C总线配置、视频解码、帧储存、VGA显示模块、图像处理模块[3,4]。基本设计框图如下图所示：
图1.1 基于FPGA数字图像处理系统主流设计图
在数字图像处理系统中，不同模块的工作频率往往是不同的，例如，图像采集及编码的数据流输出频率要低于后端图像处理及显示模块的工作频率[5]。帧储存模块为系统提供暂存数据的空间，起到的就是数据缓冲及速度匹配的作用，从而保证采集到的视频图像信息能不断输入系统中，同时还保证数据能够完整地被处理及显示。
目前用于缓冲数据的存储体种类繁多，同步动态随机存储器SDRAM是主流选择之一。它具有数据传输频率高、存储容量大、而且价格低廉等的特点，使之能很好地满足数字图像处理系统暂存大量连续数据的要求。
近些年来，SDRAM内存正在高速发展，从第一代的SDR SDRAM开始，经历了DDR SDRAM以及DDR2 SDRAM发展，现在已经出现了第四代产品DDR3 SDRAM[6]。第一代SDRAM，也是本设计中使用到的SDRAM，采用单端时钟信号，在工作时钟上升沿到来时传输数据，换言之，其数据频率即是SDRAM工作频率，而它常用工作频率为100MHz和133MHz等。从第二代开始，SDRAM进入DDR时代，即采用双倍数据传输速率工作模式，它们在工作时钟的上升沿与下降沿传输数据，使得数据传输频率两倍于SDRAM工作频率，而且它们具有更高的工作频率[7]。每一次双倍数据速率SDRAM的更新换代都带来如更高工作频率，更低能耗，带宽增加等的改变，此处不再一一叙述。
1.2 课题研究意义
由于整个数字图像处理系统结构较为复杂，涉及的功能模块较多，整个本科生毕业设计过程并不能完成系统的设计，仅能对其中的关键模块之一——帧储存模块进行研究及设计。
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