基于FPGA視頻圖像的Canny算法加速器的設(shè)計(jì)

Sobel的加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是一個具有以下功能的流水線：先從原始的圖像中讀取像素值存入圖中右方的3組12寄存器中，數(shù)據(jù)流過中間的3×3的乘法器陣列，即像素值與模板值做乘法運(yùn)算；然后向下流過加法器，在加法器中完成和運(yùn)算，至此實(shí)現(xiàn)了像素值與模板的卷積運(yùn)算，之后到達(dá)Ex和Ey寄存器，通過絕對值電路和加法器(實(shí)現(xiàn)式(4))到達(dá)寄存器，最終流入最下面的寄存器。圖中負(fù)號表示取反，數(shù)值1和2表示右移的位數(shù)。
為使得加速器能夠有序地按照確定的步驟進(jìn)行，本文使用了有限狀態(tài)機(jī)。如圖2所示為加速器的簡單狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。在加速器的執(zhí)行過程中，當(dāng)檢測到3組寄存器中的數(shù)據(jù)為空時，讀信號使能re_en置1，自動讀入新的3組數(shù)據(jù)；且在下方寄存器存儲滿時，寫信號使能wr_en置1，數(shù)據(jù)被提取進(jìn)行寫操作。

在加速器的執(zhí)行過程中，像素每4個為一組進(jìn)行讀寫，這樣在高速處理過程中大大縮減了對相同像素點(diǎn)的多次重復(fù)讀取而浪費(fèi)的時間；同時，在處理過程中不需要在處理每個像素點(diǎn)時都對其鄰域的8個像素點(diǎn)更新，這樣節(jié)省了大量的讀取時間；并且由于FPGA的并行特性，像素的讀、移位及寫操作和乘法器的運(yùn)算是同時進(jìn)行的，使得處理速度有一定的提升。