[发明专利]基于FPGA局部动态重构的模块化视频处理方法

说明书

本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，特别是涉及一种基于FPGA局部动态重构的模块化视频处理方法。通过建立维护常用视频格式转换和常用视频处理算法库、动态重配置FPGA动态区来实现多种视频处理算法的在线切换。解决了嵌入式应用中小规模FPGA无法同时实现多种复杂视频处理算法的问题。

技术领域

本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，特别是涉及一种基于FPGA局部动态重构技术的视频处理方法。

背景技术

对于嵌入式应用，人们总希望能以尽量小的体积和尽量少的能耗来完成尽量多和尽量复杂的功能。目前，嵌入式视频处理已经广泛应用于各个行业，单纯的视频传输和显示已经无法满足复杂应用的需求。通常，针对原始视频需要做降噪、图像缩放、画质增强、目标识别、目标跟踪等处理。然而，受限于产品体积和功耗，嵌入式视频处理设备往往只能选择性的实现较为单一的处理方法。

FPGA局部动态重构是近些年来的新兴技术方案，应用此项技术可以动态修改逻辑模块而不妨碍其他功能逻辑运行。将此项技术应用于视频处理，可以在有限规模的FPGA中实现更多的视频处理方法，同时降低功耗，提升方案灵活性。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提出一个基于FPGA局部动态重构的模块化视频处理方法。

本发明的技术方案是维护管理两个功能模块库。一个用于维护管理视频预处理和显示分析功能，另一个用于维护管理视频处理算法。产品功能需求确定后根据原始视频格式、视频处理方法、显示输出格式来从功能模块库中选取相应的视频预处理模块、显示分析模块和视频处理算法。在具体设计实现时将FPGA划分为动态区和静态区，在静态区做视频预处理、显示控制、指标计算和动态配置控制，在动态区做视频处理。静态区的视频预处理包括视频信号滤波、格式转换、色彩空间转换、显示输出和指标计算,动态区的视频处理需要将视频处理算法综合实现为FPGA局部配置文件，配置控制逻辑根据视频处理方法选择某个局部配置文件加载，从而动态转换视频处理方法。

技术方案：

基于FPGA局部动态重构的模块化视频处理方法，实现具体步骤如下：

1第一步，功能模块库的建立和维护。将常用的视频预处理转换、显示控制、指标计算、动态配置控制、视频处理算法以RTL代码文件或网表文件存储。在产品设计开发之前，功能模块库就应该初步建立好，随着新视频处理算法和转换处理方法的开发或修改，库也应该随之更新。

第二步，FPGA逻辑设计。根据产品功能需求，从功能模块库中选择相应的功能模块。将FPGA划分成静态区和动态区。将视频预处理、显示控制、指标计算和动态配置控制逻辑在静态区做综合实现。将选定的视频处理算法在动态区实现。

第三步，配置文件加载。将FPGA静态区综合实现的全局配置文件盒动态区综合实现的三个局部动态配置文件合并写入FPGA的配置FLASH中。

第四步，视频处理过程。原始视频进入FPGA后，首先进行视频信号滤波，该处理通过对视频信号中VS、HS、DE等同步信号滤波，滤除毛刺，形成稳定标准的VESA时序视频信号输出后级处理。之后根据原始视频格式和视频处理算法对视频格式的要求做视频格式和色彩空间转换。格式匹配的视频输入至视频处理模块，视频处理模块会对视频做满足功能需求的变换。根据应用场景变化，可以控制静态区的局部动态配置控制模块来将动态区重新加载，以实现视频处理算法的切换。

第五步，处理视频显示分析。经过处理的视频信号根据显示需求做变换处理后显示输出。同时，指标计算模块可以实时计算出视频处理过程耗时和处理后视频信噪比等指标参数。

本发明可同时实现三种不同视频处理算法或三种算法组合，每种视频处理方法被综合实现为一个单独的动态配置文件。