بنغ فنون الدفاع عن النفس، وتشانغ تاو
(كلية علوم المعلومات والهندسة، جامعة ووهان للعلوم والتكنولوجيا، ووهان 430081)
طول العيب تأخير عرض النطاق الترددي وتخزين البيانات محدودة للكشف عن حافة الكمبيوتر المعالجة أو HD صور الفيديو واقترح استخدام VivadoHLS برنامج الكشف عن حافة المتحولين رمز مستوى RTL إلى دائرة الأجهزة طريقة تسريع الأجهزة. الأجهزة كمية عملية التسارع هو كتلة وظيفية التي حققتها الدوائر الأجهزة والدوائر الأجهزة وفقا لارتفاع وتيرة التشغيل وبت من البيانات حسب الطلب، يمكن أن تحل عيوب التأخير الطويل والبيانات عرض الفتحة محدودة. وقد اظهرت النتائج أن طريقة الكشف عن حافة ليس فقط الأجهزة تأخير تسارع وبيانات عرض النطاق الترددي وتحسين، ولكن أيضا تقصير دورة تطوير الكشف عن الحافة.
HLS، حافة كشف، تسارع، النظام على رقاقة
CLC: TN919.82
كود الوثيقة: A
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.05.017
شكل الاقتباس الصيني: بنغ فنون الدفاع عن النفس، وتشانغ تاو. حافة أساس HLS-Vivado أجهزة الكشف عن تطبيق تسارع التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (5): 70-73.
الإنجليزية شكل الاقتباس: بنغ Xiwu، تشانغ تاو. حافة أجهزة الكشف عن تسارع على أساس Vivado HLS .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (5): 70-73.
0 مقدمة
في مجال معالجة الصور ورؤية الكمبيوتر، تلعب تقنية الكشف عن صورة حافة دورا هاما، وأثرها يؤثر بشكل مباشر على الأداء العام للنظام. كما حافة صورة تحتوي على ثروة من المعلومات الداخلية، فمن تقطيع الصورة، واستخراج ميزة هو أساسا هاما للقيمة. حافة معالجة الكشف يمكن تقليل البيانات فحسب، ولكن أيضا للاحتفاظ شكل الكائن في معلومات الصورة، هو جزء مهم من معالجة الصور في الوقت الحقيقي في .
في هذه المرحلة، لا سيما في مجال البرمجيات أو الأجهزة لتنفيذ FPGA الكشف عن الحافة. وثيقة - في البرامج المنفذة طريقة للكشف عن صورة الحافة، والكشف عن الحافة، على الرغم من تحسن واقع الأمر، ولكن لا يمكن إجراء تحسينات في عرض النطاق الترددي البيانات والكمون. وثيقة - طريقة استخدام FPGA صورة الكشف عن الحافة، على الرغم من أن هذه الطريقة يحسن عدم كفاية الأجهزة الحافة الطويلة تأخير الكشف وبيانات محدودة النطاق الترددي، ولكن نظرا لتعقيد تصميم الأجهزة FPGA سيؤدي إلى تطوير الدائرة كلها دورة لفترة أطول.
هنا باستخدام Vivado HLS الكشف عن حافة شفرة برمجية XILINX وإلى RTL الدائرة الأجهزة. هذا لا يحل ليس فقط نظام البرمجيات طريقة الكمون يجلب عيوب تضييق طول وعرض النطاق الترددي البيانات، ولكن أيضا يتجنب دورات طويلة FPGA الأجهزة عيوب التصميم.
تصميم حافة خوارزمية الكشف
حافة كشف القائم على مشغل سوبل لديه خوارزمية بسيطة لتحقيق الراحة والمزايا الأخرى، ولكن سيكون هناك حساسية للضوضاء وحواف واضحة وغيرها من القضايا عند التعامل مع الصورة، وضرورة أن يكون الأمثل على أساس خوارزمية سوبل. الكشف عن الحافة من قبل مرشح متوسطي، وتصفية التوسع، حافة حدة كشف وتصفية وحدة تكوين تآكل الأمثل، كما هو مبين في الشكل. بعد الصورة المدخلة، الأول إدخال صورة المرشح وسيطة لتشويش الصورة تجانس المعالجة، ومن ثم يحصل على صورة جزئية لتوسيع الحد الأقصى من قبل التصفية، ثم لاستخراج المعلومات حافة الصورة من قبل وحدة الكشف عن الحافة، وإزالة أخيرا من قبل مرشح الحفر صورة "البقع" الضوضاء، وبالتالي للحصول على أفضل حواف الصورة.
حافة أجهزة الكشف وبرامج التصميم المشترك 2
برنامج الكشف عن حافة وتصميم الأجهزة التعاوني يشمل تطبيقات تصميم البرمجيات، تسارع تصميم شركة نفط الجنوب وتصميم التطبيق.
2.1 البرمجيات وتطوير الأجهزة عملية تعاونية
تطبيقات البرامج مصممة للكشف عن وظيفة أو وظائف حافة تنفذها وظيفة مخصصة وظيفة مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية، كود تسريع الأجهزة البرمجيات المصممة لتحويل RTL الدائرة، وهو ما لا المتكاملة وظيفة أو وظيفة البيانات المطلوبة Vivado دعمت استبدال HLS، وتصميم التطبيق لشركة نفط الجنوب RTL Vivado HLS دائرة الانتاج لنظام شركة نفط الجنوب الفعلي . FIG 2 هو مخطط التسارع حافة الكشف عن الأجهزة.
2، الأولى كاملة تطوير التطبيقات والبرمجيات، ومن ثم استبدال وظيفة سلسلة Vivado HLS لا يمكن دمجها في مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية HLS المكتبات سلسلة الفيديو، ومغلفة في نهاية المطاف إلى الدعوة للملكية الفكرية في FPGA.
برنامج الكشف عن حافة والأجهزة لتحقيق التعاون 2.2
استخدام المكتبة المرحلة مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية تنفيذ البرامج أو من لغة C وظيفة محددة خوارزميات الكشف عن الحافة، ولكن Vivado HLS لا يمكن دمج كل رمز البرنامج. عند وجود Vivado HLS وظيفة لم تدمج في احتياجات شفرة برمجية لهذه التوسعة وظيفة أو الاستبدال، مثل الحساب نقطة ثابتة، خط العازلة وذاكرة التخزين المؤقت نافذة على رقاقة لاستكمال تخصيص الذاكرة الديناميكية، الفاصلة العائمة، وتخزين الصور والتعديل في ذاكرة خارجية العملية.
ويتم تنفيذ أجهزة تسريع البرنامج على أساس من التطبيقات البرمجية. في بناء شركة نفط الجنوب، وذلك باستخدام حافلة رقاقة AXI ربط الداخلية، أنه يدعم أنواع البيانات تيار AXI4 الفيديو. عند تصميم كشف AXI4 دفق الفيديو حافة واجهة تدعم HLS Vivado HLS الحاجة IP :: مات أنواع التحويل. وحدة تحويل البيانات هو مبين في الشكل (2) وحدة Mat2AXIvideo AXIvideo2Mat. Vivado HLS ظيفة سلسلة لتحويل مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية HLS المكتبات سلسلة الفيديو. تسارع المحاكاة ومرحلة التحسين تضم الكشف عن الحافة، فقط بعد التحسين والمحاكاة إلا من خلال المرحلة الدوائر RTL إلى التصدير النووي IP.
تعيين 3 نظام مع جوهر IP الأمثل
الكشف عن حافة تطبيق التعاون الأجهزة لديها بعض القيود، وفقط في المعالج شركة نفط الجنوب يتضمن برمجة تطبيقات المنطق مجموعة. يقع هذا الكشف رقة حافة مع نظام التحقق وظيفية في سلسلة رقائق zc7z020clg484-1 XILINX ل.
3.1 شركة نفط الجنوب تصميم النظام
الكشف عن حافة Vivado HLS IP هو الإخراج إلى النشرة المصورة Vivado IP، استدعاء الملكية الفكرية الأساسية لنظام الكشف عن الحافة في تصميم شركة نفط الجنوب. نظام شركة نفط الجنوب بنيت الكشف عن الحافة كما هو مبين في الشكل.
في الشكل 3، والسهام سميكة تشير إلى مسار تدفق بيانات الصورة، والسهام رقيقة تشير إلى اتجاه إشارة التحكم. جزء فقست هو مبين في الشكل (3) لا بد من تخفيض نظام (PS)، المنطقة البيضاء هو المنطق القابلة للبرمجة (PL). منذ Vivado HLS لا يدعم مؤشرات الوصول إلى المخزن المؤقت الإطار، من الضروري للوصول إلى بيانات الإطار AXI VDMA.
دفق الفيديو إلى إدخال الفيديو عن طريق التحكم عن مدخلات HDMI، يتم تخزين دفق البيانات في الذاكرة عن طريق الحافلة ربط AXI DDR3، للوصول إلى البيانات صورة الكشف عن IP اللحاء A9 وحافة سيطرة الحافلة ربط VDMA AXI AXI، المخزنة مؤقتا البيانات المعالجة DDR3، اللحاء A9 أخيرا إخراج البيانات المعالجة إلى وحدة تحكم عرض الفيديو جيدة. يتم نقل عملية تسارع في عملية PL-A9 اللحاء لإكمال، وهذا سوف يقلل من الحمل على المعالج.
3.2 HLS وحدة الأمثل
Vivado HLS الأمثل بطريقتين، واحد هو لتعيين المعلمات والمتغيرات لتحسين شريط التحكم التوجيه، طريقة أخرى هو تعريف نوع المتغير وهيكل تنفيذها باستخدام رمز الأمر #pragma. استراتيجية التنفيذ وبالتوازي مع المسلسل وفقا لمتطلبات النظام للكشف عن الحافة.
3.2.1 تنفيذ المسلسل
تنفيذ المسلسل هو للحفاظ على النظام من تنفيذ بنية شفرة برمجية، يتم تنفيذ وحدات الكشف عن الحافة في ترتيب تسلسلي. عندما التشغيل الأجهزة تردد 100 ميغاهيرتز، وتجهيز بكسل (1080 0921) بمعدل 0.7 صورة / ثانية. ويبدو من الجدول 1 سوبل حدة ثانويه تستهلك 1142 مللي ثانية، مما أدى إلى معدل كتلة وظيفة الكشف عن حافة كامل هو انخفاض. عندما عرض البيانات IP الكشف عن حافة هو 16 بت، عمق البكسل هو 8 بت، كان حافة معدل تجهيز كشف 825.5 كيلو بايت / ثانية.
3.2.2 تنفيذ الموازي
لالتنفيذ المتوازي هو حلقة التعادل، واستبدال صفائف إلى زيادة موازية عملية خط أنابيب التنفيذ. والمسلسل تنفيذ النقيض الواضح، بنسبة 68.5 مرات من حيث معدل، على تردد 100 ميغاهرتز، وتجهيز بكسل (1080 0921) بمعدل 48 صور / ثانية. عندما عرض البيانات IP الكشف عن حافة هو 16 بت، عمق البكسل هو 8 بت، حافة معدل تجهيز كشف 56609.28 كيلو بايت / ثانية.
ارتفعت كل من تطبيقات يمكن أن ينظر إليه من قبل بالتوازي أعلاه بنحو 68.5 مرات أعلى من معدل تجهيز تنفيذ المسلسل سرعة، وقت المعالجة المطابقة لبيانات الإنتاجية وأيضا زيادة 68.5 أضعاف. عندما لا يتم استيفاء متطلبات عرض النطاق الترددي البيانات، ويمكن زيادة العرض عن طريق تعديل منفذ بيانات شفرة برمجية IP في عرض بت متغير، وبالتالي تحسين سرعة نقل البيانات.
موارد الأجهزة المستخدمة من قبل الخوارزمية غالبا ما تكون واحدة من العوامل في الاعتبار. الجدول 2 هي الاحتياجات سياسة الموارد الأجهزة اثنين.
في استخدام الموارد، يتم استخدام الموارد من تنفيذ المسلسل مواز، فإن مجموع الموارد ورقاقة BRAM_18K 10، وDSP48E 0، كان FF 3، طرفية 10. لقد وجدنا الموارد لتلبية متطلبات التصميم.
تحليل 4
ثلاثة مشهد حقيقي من خلال الكشف عن حافة الطريق وللتحقق من هذه المادة. صورت المجموعة الأولى في المشهد الطريق النهار، FIG 4، FIG 4 (أ) هو صورة مدخلات الأصلية، تم الكشف عن FIG 4 (ب) كما حافة نتيجة مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية، FIG 4 (ج) حافة كشف نتيجة للتسارع. صورت المجموعة الثانية في الطريق مشهد المساء (الفقراء التعرض)، والنتائج هو مبين في الشكل (5)، الشكل 5 (أ) هو صورة مدخلات الأصلية، FIG 5 (ب) الكشف عن حافة مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية، FIG 5 (ج) الأجهزة حافة كشف نتيجة للتسارع. المجموعة الثالثة هي الطريق ليلا مشهد اطلاق النار، انظر الشكل 6، FIG 6 (أ) هو صورة مدخلات الأصلية، تم الكشف عن FIG 6 (ب) كما حافة نتيجة مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية، FIG 6 (ج) الكشف عن حافة نتيجة للتسارع.
FIG 4، FIG 5 و 6 FIG من كل عرض الطولي والجانبي لتحليل تأثير تسارع حافة الكشف عن الأجهزة. التحليل الأفقي، ويظهر مقارنة مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية الكشف عن الحافة، حافة الناتج صورة تسارع خطوط البرنامج أكثر وضوحا، حالة الكشف عن وجود حافة نزيف في FIG 5 مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية تأثير ضعف التعرض، وبرنامج تسريع والأجهزة غير موجود في حالة لم يتم كشفها وتحليل طولية وتصويرها النهار المشهد في تأثير يلة الانتاج نتيجة الكشف عن حافة أفضل مما كان، في التعرض لقطة مشهد المساء من التعرض للكشف عن حافة جيدة جيدة الفقراء الانتاج.
حافة تسارع كشف في ثلاثة تحليل المشهد، مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية حافة تسارع الكشف كان تأثير واضح متفوقة الكشف عن الحافة، في حين أن الاختلاف في تأثير التعرض الكاميرا أو البيئة الخارجية المعقدة، والكشف عن الأجهزة تسارع حافة يمكن أن يكون حافة فعالة الكشف.
5. الخاتمة
تأخير قصور البيانات طول وعرض النطاق الترددي المحدود مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية ومعالجة الصور التقليدية، وتسارع يمكن مي هذا النقص. Vivado HLS زيادة استخدام الحلبة الأجهزة تطبيقات تصميم البرمجيات على أساس تقصير كبير في دورة تطوير النظام. وتقترح هذه الورقة ليس فقط تسريع الأجهزة حافة مخطط كشف، في حين المقترحة يمكن أن تقدم من قبل أجهزة النظام والبرمجيات مخطط التصميم والبيانات بسرعة تجهيز القدرات ومعالجة طلبات السرعة.
مراجع
إيقاف مستوى جديد، تشاو يكسينغ، تانغ يينغ الجافة تقليل الضوضاء تصفية طريقة ل الصين صورة والرسومات، 2005،10 (3): 332-337.
جيانغ تينغ Tanyue قانغ، وليو تشوان. وبناء سوبل صورة مشغل ظيفة التقييم الحدة الحاسوب والهندسة الرقمية، 2008 (8): 129-131،191.
جين بنغفاي محسنة سوبل حافة خوارزمية الكشف البصريات التطبيقية، 2008 (4): 625-628.
كشف الحافة سوبل Baijun جيانغ، Chunyong كونغ مقرها المعرفة الكمبيوتر والتكنولوجيا، 2009 (21): 5847-5849.
تصميم وتنفيذ الأمثل لى جينمينغ، شياو يان يونيو، جيانغ شو دونغ، الخ .Sobel صورة حافة خوارزمية الكشف التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (3): 71-73.
يانغ شينخوا، تماما كما مشغل مقرها كو. الفرعية صورة كشف حافة خوارزمية سوبل FPGA . مجسات والأجهزة التقنية، 2013 (1): 102-104.
نينغ Sainan، وقال تشو، Sunhong هاي، الخ محسنة سوبل الكشف عن حافة التكيف تنفيذ FPGA عرض الكريستال السائل، 2014 (3): 395-402.
قوه الحصاد .Xilinx FPGA / Zynq HLS المستخدمة في عملية وضع التصاميم تنفيذها مكتبة برمجية مفتوحة للرؤية الحاسوبية المنتجات الإلكترونية، 2014 (2-3): 50-52.
