專利名稱：基于lsi電路的積分圖快速生成方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種積分圖生成方法及其裝置，特別涉及一種用LSI系統生成積分圖的方法及其裝置。
背景技術：
積分圖(Integral-1mage)的概念是由Viola等人于2001年提出的，為圖像處理等領域提供了高效的特征提取工具。通過構造積分圖像，在計算某一矩形區域內的像素和時能夠通過簡單3次加法操作完成這一繁瑣的過程，利用這樣的特點加快了圖像處理中特征檢測和提取的速度。積分圖像可以通過對行和列分別實現前綴加法完成，前綴加法的實現方式成為了構建積分圖像的關鍵。Blelloch等人最早提出了并行前綴加法的優化算法，通過構造多層次的掃描數據來實現前綴加法，目前效率較高的前綴算法均是由Belloch的算法演變而來，其優點在于減少了處理過程中的冗余計算，但這些算法都是針對一維數據處理，部分算法并不能很好的適應二維圖像數據處理的要求，而且這些算法將產生大量的中間數據，中間數據的存儲和訪問對任何通過軟件方式實現的圖像處理系統而言無論從處理速度還是系統內存帶寬上都將帶來負面的影響；Terriberry等人對Belloch的一維算法做了擴展，試圖在二維數據上應用，這樣的處理方式會減少大量的冗余計算，但會產生大量的中間數據，而且數據間的依賴性會較強，需要考慮各個數據部分的交互。上述研究成果雖然在積分圖的計算中減少了大量的冗余運算，但是對于任何通過軟件實現的圖像處理系統而言，這樣的處理方法將會增加系統內存帶寬、增加各個數據間交互的負荷。隨著圖像處理技術在的廣泛使用，以及處理的圖像尺寸的增大傳統的通過軟件架構的圖像處理系統越來越難滿足現實的需求。·
發明內容
有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種用LSI技術生成積分圖的高效方法及其裝置，從而改善圖像處理系統內存帶寬，提高整個圖像處理系統的性能。本發明的目的之一是提出一種基于LSI電路的積分圖快速生成方法；本發明的目的之二是提出一種基于LSI電路的積分圖快速生成裝置。本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的:
本發明提供的基于LSI電路的積分圖快速生成方法，包括以下步驟:
51:初始化積分圖生成引擎中圖像參數信息寄存器和工作狀態寄存器的信息參數；
52: 將待處理原始圖像按預定行數為一個TILE單位進行劃分，形成多TILE構成的圖像；
53:向其中一個原始圖像存儲單元填充一個單位TILE的圖像數據；
54:從原始圖像存儲單元A或原始圖像存儲單元B中獲取待處理原始圖像；
55:觸發積分圖生成引擎，并從該原始圖像存儲單元中讀取原始圖像像素；從圖像積分值存儲單元中讀取上一個TILE處理周期產生的圖像積分值，按照圖4所示方式生成本TILE周期的圖像積分值，同時將生成的本TILE周期的圖像積分值數據寫入圖像積分值存儲單元緩存，待下一個TILE周期使用，同時復用該數據寫入積分圖生成緩存做為輸出；
56:在積分圖生成引擎工作的TILE周期內，向未被占用的原始圖像存儲單元搬移下一個TILE的原始圖像數據，從未被占有的生成的積分圖存儲單元搬移上一個TILE產生的圖像積分值到外部存儲器；
57: 在處理完一幀中最后一個TILE數據周期后，清空圖像積分值存儲單元緩存的TILE數據，同時復位處理引擎狀態到默認態。進一步，所述待處理原始圖像按適合硬件電路處理的方式:從左向右、從上向下的圖像幀光柵掃描順序生成積分圖。進一步，所述待處理原始圖像的預定行數以多行數據為一個單位TILE來進行劃分。本發明的目的之二是通過以下技術方案來實現的:
本發明提供的基于LSI電路的積分圖快速生成裝置，包括原始圖像存儲單元A、原始圖像存儲單元B、生成積分圖存儲單元A、生成積分圖存儲單元B、積分圖核心計算單元；
所述原始圖像存儲單元A，在不同的TILE時間片段中，用于容納一個TILE單位待處理圖像的像素；
所述原始圖像存儲單元B，在不同的TILE時間片段中，用于容納一個TILE單位待處理圖像的像素； 所述生成積分圖存儲單元A，在不同的TILE時間片段中，用于存儲一個TILE周期生成的圖像積分值；
所述生成積分圖存儲單元B，在不同的TILE時間片段中，用于存儲一個TILE周期生成的圖像積分值；
所述積分圖核心計算單元，用于進行圖像積分值的生成操作。進一步，還包括自設計的參數寄存器和積分數據緩存器，所述參數寄存器包括圖像參數信息寄存器和工作狀態寄存器；
所述圖像參數信息寄存器，用于預設、存儲待處理圖像幀參數信息；
所述工作狀態寄存器，用于積分圖核心處理引擎工作時反饋、存儲圖像處理工作狀態參數信息；
所述積分數據緩存器，用于緩存上一個積分圖處理周期產生的積分數據。本發明的優點在于:本發明采用一種用LSI技術生成積分圖的高效方法，通過該方法提高積分圖的生成速度，改善系統內存帶寬，對整個圖像處理系統的性能都有極大的提高。同時該方法也適用于以LSI技術實現的圖像處理系統中，可以充分利用軟件和硬件各自優點，利于充分挖掘系統潛能、縮小體積、降低成本、提高整體效能。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中:
圖1為基于LSI技術的積分圖快速生成方法處理流程圖；圖2為積分圖生成電路模塊化結構示意 圖3為積分圖生成電路處理時序；
圖4為圖像處理順序和積分值生成示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。實施例1
圖1為基于LSI電路的積分圖快速生成方法流程圖，如圖所示:本發明提供的基于LSI電路的積分圖快速生成方法，包括以下步驟:
51:初始化積分圖生成引擎中圖像參數信息寄存器和工作狀態寄存器的信息參數；
52: 將待處理原始圖像按預定行數為一個TILE單位進行劃分，形成多TILE構成的圖像；
53:向其中一個原始圖像存儲單元填充一個單位TILE的圖像數據；
54:從原始圖像存儲單元A或原始圖像存儲單元B中獲取待處理原始圖像；
55:觸發積分圖生成引擎，并從該原始圖像存儲單元中讀取原始圖像像素；從圖像積分值存儲單元中讀取上一個TILE處理周期產生的圖像積分值，按照圖4所示方式生成本TILE周期的圖像積分值，同時將生成的本TILE周期的圖像積分值數據寫入圖像積分值存儲單元緩存，待下一個TILE周期使用，同時復用該數據寫入積分圖生成緩存做為輸出；
56:在積分圖生成引擎工作的TILE周期內，向未被占用的原始圖像存儲單元搬移下一個TILE的原始圖像數據，從未被占有的生成的積分圖存儲單元搬移上一個TILE產生的圖像積分值到外部存儲器；
57: 在處理完一幀中最后一個TILE數據周期后，清空圖像積分值存儲單元緩存的TILE數據，同時復位處理引擎狀態到默認態。所述待處理原始圖像按從左向右、從上向下的圖像幀光柵掃描順序生成積分圖。所述待處理原始圖像的預定行數以多行數據為一個單位TILE來進行劃分。圖2為積分圖生成電路結構，如圖所示，在生成積分圖的過程中，積分圖計算單元從原始圖像存儲單元A或者B中獲取原始圖像數據，從積分數據緩存器中獲取上一個TILE周期中生成的積分數據，這些數據做為輸入，經過積分圖計算單元運算處理后生成積分數據，輸出到生成積分圖存儲單元A或者B中。本實施例提供的基于LSI電路的積分圖快速生成裝置，包括原始圖像存儲單元A、原始圖像存儲單元B、生成積分圖存儲單元A、生成積分圖存儲單元B、積分圖計算單元；
所述原始圖像存儲單元A，在不同的TILE時間片段中，用于容納一個TILE單位待處理圖像的像素；
所述原始圖像存儲 單元B，在不同的TILE時間片段中，用于容納一個TILE單位待處理圖像的像素；
所述生成積分圖存儲單元A，在不同的TILE時間片段中，用于存儲一個TILE周期生成的圖像積分值；
所述生成積分圖存儲單元B，在不同的TILE時間片段中，用于存儲一個TILE周期生成的圖像積分值；
所述積分圖核心計算單元，用于進行圖像積分值的生成操作。還包括自設計的參數寄存器和積分數據緩存器，所述參數寄存器包括圖像參數信息寄存器和工作狀態寄存器；
所述圖像參數信息寄存器，用于預設、存儲待處理圖像幀參數信息；
所述工作狀態寄存器，用于積分圖核心處理引擎工作時反饋、存儲圖像處理工作狀態參數信息；
所述積分數據緩存器，用于緩存上一個積分圖處理周期產生的積分數據。所述生成積分圖存儲單元A、生成積分圖存儲單元B單元大小為32K_byte，該存儲空間大小也可以根據資源進行調整，并不限于本實施例提供的大小。所述原始圖像存儲單元A、原始圖像存儲單元B為8K_byte，該存儲空間大小也可以根據資源進行調整，并不限于本實施例提供的大小。實施例2
下面以一巾貞原始圖像(Original Image)經過該電路裝置處理產生積分圖(IntegralImage)過程:
圖4為圖像處理順序和積分值生成示意圖，如圖所示，左圖為待處理原始圖像數據，按照4行為一個TILE單位，將整幀圖像劃分為以TILE為單位的邏輯結構，生成積分圖的過程按照光柵掃描的方式進行；中間圖中深色部分為上一個TILE生成的積分數據，淺色部分為本TILE中等待生成積 分數據的原始圖像數據值；右圖為整幅積分圖中某一坐標位置上積分數據生成所需要的4個數據:left原始數據，top-left積分數據，top積分數據和這個坐標位置上的原始數據。圖3為積分圖生成電路處理時序；如圖所示，以時間軸T為坐標，描述積分圖生成過程的數據流。時間軸按照一個TILE處理的時間周期為單位。如圖所示，在TILE時間周期內，積分圖核心計算單元控制原始圖像存儲單元和積分圖存儲單元其中一片sram，將原始圖像存儲單元中的數據做為輸入，生成的積分圖數據輸出到積分圖存儲單元中；同時系統向原始圖像存儲單元另外一片sram填充(TILE+1)需要處理的數據；在(TILE+1)周期，對原始圖像存儲單元和積分圖存儲單元做P i n g -ρ ο n g切換,積分圖計算單元開始處理(TILE+1)周期數據，系統向未受積分圖計算單元控制的另外一片原始圖像存儲單元填充(TILE+2)需要處理的數據。同時將另一片積分圖存儲單元中生成的TILE周期的積分圖輸出。其他時間單位類推。將一幀Original Image圖像在邏輯上以”4行”為一個單位進行劃分，這樣組織結構的數據單位稱為一個TILE (當一幀圖像height不能被4整除時，其余數做為一個TILE)。按照一種適合硬件化處理的方式:從左向右、從上向下的圖像幀掃描順序從Original_Image中獲取原始圖像數據，并按照該順序生成積分圖(Integral-1mage)；
首先，初始化IIMAGE_ENGINE中Reg-Files配置相關信息參數:IIMAGE_FRM_PARAM寄存器、IIMAGE_EN寄存器；
然后，向Original_Buffer中填充一個TILE的圖像數據；觸發IIMAGE_ENGINE中IIMAGE_ENGINE
bit 位，Engine 將占有(hold)其中一個 0riginal_Buffer,并從該0rignial_Buffer和Cyc_Buffer中讀取一個TILE的待處理圖像原始數據和上一個TILE處理周期產生積分圖數據，生成本TILE周期的積分圖數據，同時將生成的本TILE周期的積分圖數據通過復用方式寫入Cyc_Buffer做為緩存、寫入Integral_Buffer做為輸出。最后，在IIMAGE_ENGINE工作的TILE周期內，向積分圖處理核心引擎未占有(hold)的Original_Buffer搬移下一個TILE的數據，從積分圖處理核心引擎未占有(hold)的Integral_Buffer搬移上一個TILE產生的Integral_Image到外部存儲器；處理完一巾貞中最后一個TILE后,清空cyc_buffer數據，Engine狀態恢復到默認態。
以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.基于LSI電路的積分圖快速生成方法，其特征在于:包括以下步驟: 51:初始化積分圖生成引擎中圖像參數信息寄存器和工作狀態寄存器的信息參數； 52: 將待處理原始圖像按預定行數為一個TILE單位進行劃分，形成多TILE構成的圖像； 53:向其中一個原始圖像存儲單元填充一個單位TILE的圖像數據； 54:從原始圖像存儲單元A或原始圖像存儲單元B中獲取待處理原始圖像； 55:觸發積分圖生成引擎，并從原始圖像存儲單元中讀取原始圖像像素；從圖像積分值存儲單元中讀取上一個TILE處理周期產生的圖像積分值，生成本TILE周期的圖像積分值，同時將生成的本TILE周期的圖像積分值數據寫入圖像積分值存儲單元緩存，待下一TILE周期使用，同時復用該數據寫入積分圖生成緩存做為輸出； 56:在積分圖生成引擎工作的TILE周期內，向未被占用的原始圖像存儲單元搬移下一個TILE的原始圖像數據，從未被占有的生成的積分圖存儲單元搬移上一個TILE產生的圖像積分值到外部存儲器； 57: 在處理完一幀中最后一個TILE數據周期后，清空圖像積分值存儲單元緩存的TILE數據，同時復位核心處理引擎狀態到默認態。
2.根據權利要求1所述的基于LSI電路的積分圖快速生成方法，其特征在于:所述待處理原始圖像按適合硬件電路處理的方式:從左向右、從上向下的圖像幀光柵掃描順序生成積分圖。
3.根據權利要求1所述的基于LSI電路的積分圖快速生成方法，其特征在于:所述待處理原始圖像的預定 行數以多行數據為一個單位TILE來進行劃分。
4.根據權利要求1所述的基于LSI電路的積分圖快速生成方法的生成裝置，其特征在于:包括原始圖像存儲單元A、原始圖像存儲單元B、生成積分圖存儲單元A、生成積分圖存儲單元B、積分圖核心計算單元； 所述原始圖像存儲單元A，在不同的TILE時間片段中，用于容納一個TILE單位待處理圖像的像素； 所述原始圖像存儲單元B，在不同的TILE時間片段中，用于容納一個TILE單位待處理圖像的像素； 所述生成積分圖存儲單元A，在不同的TILE時間片段中，用于存儲一個TILE周期生成的圖像積分值； 所述生成積分圖存儲單元B，在不同的TILE時間片段中用于存儲一個TILE周期生成的圖像積分值； 所述積分圖核心計算單元，用于進行圖像積分值的生成操作。
5.根據權利要求4所述的基于LSI電路的積分圖快速生成裝置，其特征在于:還包括自設計的參數寄存器和積分數據緩存器，所述參數寄存器包括圖像參數信息寄存器和工作狀態寄存器； 所述圖像參數信息寄存器，用于預設、存儲待處理圖像幀參數信息； 所述工作狀態寄存器，用于積分圖核心處理引擎工作時反饋、存儲圖像處理工作狀態參數信息； 所述積分數據緩存器，用于緩存上一個積分圖處理周期產生的積分數據。
全文摘要
本發明公開了一種基于LSI電路的積分圖快速生成方法和裝置；本電路設計通過自設計核心處理引擎，并在核心處理引擎的輸入/輸出端外掛多片靜態存儲器和自設計的高效循環存儲單元，采用一種適合積分圖數據硬件化處理方式從左到右，從上到下的光柵掃描方式，結合ping-pong操作思想和軟硬件協同設計的方法，提高積分圖生成效率；采用該方案實現的積分圖生成系統具有冗余計算少、占用邏輯資源低、圖像系統內存帶寬占用率低、既提高了按照傳統方案生成積分圖的效率，又降低了電路設計的復雜性等特點；該電路能提高積分圖和整個圖像系統的處理效率，該設計方法和處理思想不僅適用于積分圖的生成也能夠推廣到整個圖像處理系統應用中。
文檔編號G06T7/00GK103236034SQ201310131288
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者王一皓, 周曦, 馮金陳, 楊雪琴 申請人:重慶綠色智能技術研究院