嵌入式视频监控系统的FPGA图像处理子系统设计(19)

学位论文

硕士论文嵌入式视频监控系统的ＦＰＧＡ图像处理子系统设计

图２．２乒乓操作不慈图

乒乓操作的处理流程描述如下：输入数据流通过“输入数据流选择单元”，等时地将数据流分配到两个数据缓冲块中。数据缓冲可以使任何存储模块，比较常用的存储单元为双口ＲＡＭ，单口ＲＡＭ和ＦＩＦＯ等。在第一个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块ｌ＂。在第２个缓冲周期，通过“输入数据流选择单元”的切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块２＂，与此同时，将“数据缓冲模块１”缓存的第１个周期的数据通过“输出数据流选择单元＂的选择，送到“数据流运算处理模块＂运算处理。在第３个缓冲周期，通过“输入数据流选择单元”的再次切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块ｌ＂，与此同时，将“数据缓冲模块２”缓存的第２个周期的数据通过“输出数据选择单元”的切换，送到“数据流运算处理模块＂运算处理。如此循环，周而复始。

乒乓操作的最大特点是通过“输入数据选择单元”和“输出数据选择单元”按节拍相互配合的切换，将经过缓冲的数据流没有停顿地送到“数据流运算处理模块’’进行运算与处理。把乒乓操作模块当做一个整体，站在这个模块的两端看数据，输入数据流和输出数据流都是连续不断的，没有任何停顿，因此非常适合对数据流进行流水线式处理。所以乒乓操作常常应用于流水线式算法，完成数据的无缝缓冲与处理。

通过乒乓操作实现低速模块处理高速数据的实质是：通过ＳＲＡＭ这种缓存单元实现了数据流的串并转换，并行用“数据预处理模块１”和“数据预处理模块２＂处理分流的数据，是面积与速度互换原则的体现［２０１。

２．５．２串并转换

串并转换时ＦＰＧＡ设计的一个重要思想，从小的着眼点看，它是数据流处理的常用手段，从大的着眼点将它是面积和速度互换思想的直接体现。总的来说，将串行转换为并行，一般旨在通过复制逻辑，提高整个设计的数据吞吐率，其本质是通过面积的消耗提高系统工作效率，而将并行转换为串行，一般旨在节约资源，因为涉及速度有足够余量，通过提高串行通道的工作速率而节约了面积，其本质是通过速度的提高节约芯片面积。

串并转换的实现方法多种多样，根据数据的排序和数量要求，可以选用以下方式：小的设计用寄存器、数据量比较大的用ＲＯＭ、复杂的串并转换用状态机，或者直接利用功能模块来实现。

２．５．３流水线操作

流水线处理是高速设计中的一个常用的设计手段，如果某个设计的处理流程分为若干步骤，而且整个数据处理是“单流向＂的，即没有反馈或者迭代运算，前一个步骤的输出是下一个步骤的输入，则可以考虑采用流水线设计方法提高系统的工作频率。流水线设计的结构示意图如图２．３所示。１５

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