基于SoPC的實時視頻處理與顯示設(shè)計

　　通過輸入系統(tǒng)獲取的圖像信息中含有各種各樣的噪聲與畸變，例如，光照度不夠均勻會造成圖像灰度過于集中，由CCD獲得的圖像經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、線路傳送都會產(chǎn)生噪聲污染等，不可避免地會影響系統(tǒng)圖像的清晰程度，降低圖像質(zhì)量。但通過圖像增強可以改善圖像質(zhì)量。直方圖均衡化算法是空域圖像增強技術(shù)的重要算法，是圖像壓縮、圖像分割和圖像識別等后續(xù)圖像處理的基礎(chǔ)[2，4]，在圖像預(yù)處理技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。

　　2.2.1 直方圖均衡化原理

　　直方圖均衡是以概率論為基礎(chǔ)，運用灰度點運算來實現(xiàn)直方圖變換。原始圖像的直方圖包含了豐富的圖像信息，描述了圖像的灰度級內(nèi)容，反映了圖像的灰度分布情況。直方圖統(tǒng)計及均衡化的基本思想是對在圖像中像素個數(shù)多的灰度級進行展寬，而對像素個數(shù)少的灰度級進行縮減，從而達到清晰圖像的目的[5]。通過點運算使輸入圖像轉(zhuǎn)換為在每一灰度級上都有相同的像素點的數(shù)目。在圖像增強處理中運用如下公式：

　　(3)用累積分布函數(shù)作變換函數(shù)進行圖像灰度變換。

2.2.2 基于FPGA的算法優(yōu)化及實現(xiàn)

　　算法的關(guān)鍵是在FPGA中實現(xiàn)直方圖統(tǒng)計和均衡后的映射關(guān)系表，本設(shè)計采用FPGA器件提供的Block RAM來存放直方圖和均衡后映射關(guān)系表。以雙端口RAM的數(shù)組結(jié)構(gòu)為核心，把整個算法分為兩個部分執(zhí)行：(1)統(tǒng)計原始圖像的各級灰度值，并存入灰度計數(shù)表RAM中；(2)對得到的灰度值做灰度映射，把映射后的結(jié)果存入到映射表RAM中，即生成均衡映射表。根據(jù)映射表就可以知道原始圖像某一灰度級經(jīng)過變換后的灰度級。經(jīng)過這樣的處理，就可以把原始圖像中密集分布的灰度值映射到經(jīng)過直方圖均衡化后的新的灰度級上。圖3為該算法的邏輯框圖。

　　考慮到FPGA的硬件特點，在接收圖像數(shù)據(jù)、計算此場的直方圖時，在FPGA內(nèi)實現(xiàn)浮點型數(shù)據(jù)運算相對復(fù)雜且消耗較多邏輯資源，因此在對圖像進行直方圖統(tǒng)計時將各灰度級像素點的個數(shù)作為直方圖數(shù)據(jù)：pu(uk)=nk，以避免使用浮點型數(shù)據(jù)運算。對直方圖進行均衡化處理，得到原灰度到均衡化后灰度映射關(guān)系表。本設(shè)計中的直方圖均衡化的算法具體的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示。其具體的轉(zhuǎn)移條件：啟動信號有效時，由st1轉(zhuǎn)向st2；當(dāng)計數(shù)器1計數(shù)到255時，跳轉(zhuǎn)到st3；當(dāng)計數(shù)器1沒有計數(shù)到圖像高度減1或者計數(shù)器2沒有計數(shù)到圖像寬度減1時，跳轉(zhuǎn)到st3；當(dāng)計數(shù)器1計數(shù)到圖像高度減1且計數(shù)器2計數(shù)到圖像寬度減1時，跳轉(zhuǎn)到st5；當(dāng)計數(shù)器1沒有計數(shù)到255時，跳轉(zhuǎn)到st6；當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到255時，跳轉(zhuǎn)到st7；當(dāng)計數(shù)器1計數(shù)到圖像高度減1且計數(shù)器2計數(shù)到圖像寬度減1時，跳轉(zhuǎn)到st1狀態(tài)；當(dāng)計數(shù)器1沒有計數(shù)到圖像高度減1或者計數(shù)器2沒有計數(shù)到圖像寬度減1時，跳轉(zhuǎn)到st6。在進行計數(shù)統(tǒng)計時，計數(shù)器在檢測得到一個像素點的灰度之后，不僅要相應(yīng)地將計數(shù)器加1，而且對應(yīng)灰度值大于當(dāng)前灰度值的所有計數(shù)器都加1，這樣就能同時完成原始圖像各像素灰度值的統(tǒng)計和累積，減少了統(tǒng)計時間。

　　因為在灰度均衡處理過程中是以場為單位進行的，在灰度均衡化處理完之后，要將場合并為幀。其操作是由Nios II軟核中的SDRAM控制器來完成奇偶場的合并?；叶染饣姆抡娼Y(jié)果圖如圖5所示。