基于流水线技术的高速天文图像分割实现.pdf

第 10卷 第 22期 2010年 8月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1．10 No．22 Aug．2010 1671—1815(2010)22—5433—04 ScienceTechnologyandEngineering @ 2010 Sei．Tech．Engng． 基于流水线技术的高速天文图像分割实现 费玮玮 唐清善 刘濮鲲 蔡惠智 (中国科学院电子学研究所，北京 100190；中国科学院声学研究所 ，北京 100190) 摘 要 在高速天文图像数据的并行处理时，传统的图像分割方法往往不能满足实时、多通道、同步分割的要求。提 出一种 基于流水线技术的动态数据流图像分割的方法，利用FPGA构建得一个g-上系统进行 了实现。通过设计与验证，表明该方法 可以完成 10路同步分割高速天文图像 (60oMB／s)的预定 目标，满足后续DSP阵列并行处理的要求。 关键词 图像分割 流水线技术 FPGA DSP 中图法分类号 TP391．41； 文献标志码 B 图像分割在实际应用中就是按照某种算法要 求，从一帧有效的图像数据 中选择 出所需要的数 据…。传统的实现过程是处理器在获取了一帧完 整的图像并将该图像存储到存储设备，后通过总线 寻址的方式得到有效图像数据，通常应用于在低 速／低帧频、数据量较小并且允许长延迟时间的图 像处理上 。在天文观测领域 ，观测恒星常采用 运算量较小的质心算法 J，这一方法可以被使用。 图1 基于FPGA和DSP的图像分割实现框图 但是当观测对象为低对 比度扩展 目标 (太阳黑子或 太 阳表面米粒结构)时，一般需采用差绝对值法或 1 流水线技术介绍 互相关因子算法 ，将每个子孔径的实时获取的图 像与参考图像做相关运算，运算量巨大，需要实时 流水线是一种在程序执行时可 以有多条指令 同步地将图像数据按照要求动态分割传输给后续 重叠进行操作的准并行处理实现技术 ，是在传统 的并行图像处理单元 (DSP阵列处理单元)。由于 的Von．Neumann数据处理中实现时间重叠的技术， 其具有高速高帧频、实时以及大数据量等特点，传 其并行性体现在完成一条指令的各个子单元在时 统的图像分割方法不能满足这一需求 。 间上可以重叠工作，与 SIMD结构相类似。而与空 本文提出一种基于流水线技术的动态数据流 间上的阵列并行处理完全不同，此技术是高速数据 分割图像的方法，利用FPGA内BlockRAM构建三 处理中的核心技术 。其时间与空间分布可用 图2 级FIFO，通过 Link口接收DSP动态分割参数表 的 表示 一 种新型的天文图像分割方法 ，并通过系统实现并 验证方案的可行性。基于FPGA和DSP的图像分割 实现系统框图如图 1所示。 2010年5月8日收到 国家 自然科学基金课题资助 第一作者简介：费玮玮(1983一)，男，博士研究生，研究方向：阵列 图2 流水线时空图 信号处理 。 5434 科 学 技 术 与 工 程 10卷 图2中T1～T6表示任务段 。在流水线技术 中 CameraLink的时钟域 ，往后为 FPGA内部时钟域。 比较常用的为线性流水线技术，其是将各个子流水