[发明专利]一种适用于指纹图像增强的可配置Gabor滤波硬件加速单元

权利要求书

1.一种适用于指纹图像增强的Gabor滤波硬件加速单元，其特征在于由滤波控制器（5）、输入缓存器（2）、输出缓存器（4）和滤波卷积单元（3）组成；其中：

所述输入缓存器（2）包括输入指纹图像缓存器、方向缓存器、频率缓存器和掩膜缓存器，所述输出缓存器（4）为滤波后输出的指纹图像缓存器；输入缓存器（2）和输出缓存器（4）分别连接于滤波卷积单元（3）和滤波控制器（5）之间；输入缓存器（2）的输入信号包括输入指纹图像像素值及其写使能、方向信息及其写使能、频率信息及其写使能、掩膜信息及其写使能，输入缓存器（2）的输出信号包括输入指纹图像像素值及其可写信号、方向信息及其可写信号、频率信息及其可写信号、掩膜信息及其可写信号，还有滤波窗口位置索引u和v；输出缓存器（4）的输入信号包括输出指纹图像像素值、读使能，输出缓存器（4）输出信号包括输出指纹图像像素值及其可读信号。

2.根据权利要求1所述的适用于指纹图像增强的Gabor滤波硬件加速单元，其特征在于

所述输入指纹图像缓存器、方向缓存器、频率缓存器、掩膜缓存器、输出指纹图像缓存器都由读写控制单元和若干存储单元组成；每个存储单元的字数都等于最大支持的输入图像宽度；而字宽由对应存储数据的精度决定；输入指纹图像缓存器包含的存储单元的数目等于最大支持的滤波窗口的高度加1；方向缓冲器、频率缓存器、掩膜缓存器和输出指纹图像缓存器所包含的存储单元的数目都等于2；Gabor滤波时，各个缓存器中的存储单元依次循环进入写入与读出状态，在总线与滤波卷积单元之间交换数据。

3.根据权利要求2所述的适用于指纹图像增强的Gabor滤波硬件加速单元，其特征在于

所述读写控制单元主要包括可读存储单元计数器、读片选信号生成单元、读地址生成单元、写片选信号生成单元和写地址生成单元；其中，可读存储单元计数器记录缓存器当前可读得存储单元的数目，初始值为零，每写满一行其值加1，而每读完一行其值减1；对于方向缓存器、频率缓存器、掩膜缓存器、输入和输出指纹图像缓存器，当该计数器的值小于缓存器中存储单元数目时，相应缓存器可写信号有效，否则无效；对于方向缓存器、频率缓存器、掩膜缓存器和输出指纹图像缓存器，当该计数器的值非零时，相应缓存器读信号有效，否则无效；对于输入指纹图像缓存器，当该计数器值大于或等于当前滤波窗口高度时，可读信号有效，否则无效；

读片选信号生成单元与读地址信号生成单元联合索引读地址单元，写片选信号生成单元与写地址信号生成单元联合索引写地址单元；

对于方向缓存器、频率缓存器和掩膜缓存器，写地址或读地址信号初始值为零，当该地址写完或该地址对应窗口滤波卷积结束后，写地址或读地址信号加1，直到该信号指向行末时清零，然后再重复前面的操作；写片选或读片选信号初始时指向零号存储器，并在写地址或读地址信号指向行末时在两个存储单元之间切换；

对于输出指纹图像缓存器，写地址或读地址信号初始值为零，当该地址写完或该地址读完后，写地址或读地址信号加1，直到该信号指向行末时清零，然后再重复前面的操作；写片选或读片选信号初始时指向零号存储器，并在写地址或读地址信号指向行末时在两个存储单元之间切换；

对于输入指纹图像缓存器，读地址信号由读地址偏移与滤波窗口位置横向索引u之和决定，读片选信号由读片选偏移与滤波窗口位置纵向索引v之和对输入指纹图像缓存器中存储单元数目取模的结果决定；写地址或读地址偏移信号初始值为零，当该地址写完或该地址对应窗口滤波卷积结束后，写地址或读地址偏移信号加1，直到该信号指向行末时清零，然后再重复前面的操作；写片选或读片选偏移信号初始时指向零号存储器，并在写地址或读地址偏移信号指向行末时在所有存储单元之间顺序循环；若滤波窗口大小为（2×K+1），则滤波窗口位置索引信号u和v的取值范围均为[-K，K]；滤波卷积时，u和v从窗口的左上角走Z字型扫描到右下角，也就是当前被滤波像素点的滤波窗口中的像素的像素值G会按Z字型被依次被读出，进入流水线跟Gabor滤波器做滤波卷积，最终得出滤波后的像素值。