基于CPLD芯片控制的視頻圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳建國(guó)，康海靜，蘭 英

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂(lè)山 614000)

0 引言

CPLD芯片也叫復(fù)雜可編程邏輯器件，常應(yīng)用于數(shù)字化電路系統(tǒng)中，為減少關(guān)聯(lián)器件使用數(shù)量，進(jìn)而縮小PCB板件的存儲(chǔ)空間，獨(dú)立芯片的邏輯信息門數(shù)值已突破了百萬(wàn)。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的反復(fù)編程、使用與擦除，在外圍電路保持不變的情況下，每一路執(zhí)行軟件可直接控制一種硬件執(zhí)行設(shè)備，不僅大大提升了數(shù)字化電路系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性，也大幅縮短了數(shù)據(jù)文件編程所需的消耗時(shí)間[1]。相較于國(guó)外最早使用的GAL器件來(lái)說(shuō)，CPLD芯片的應(yīng)用結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，可按照用戶的實(shí)際需求，構(gòu)造數(shù)字集成電路的邏輯功能，也可通過(guò)目標(biāo)文件下載的方式，將原編程代碼傳送至客戶端主機(jī)中。

視頻圖像處理的發(fā)展依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)施，它是信息編程領(lǐng)域中非?；钴S的一部分，大多數(shù)情況下，視頻圖像處理基本等同于計(jì)算機(jī)的連續(xù)圖像處理[2]。傳統(tǒng)多路視頻處理手段雖能直接獲取智能控制信號(hào)的信息路數(shù)，但隨著視頻圖像覆蓋空間的增大，數(shù)據(jù)信息的處理及時(shí)性開始迅速下降，圖像內(nèi)空間冗余水平的大幅提升。為解決此問(wèn)題，引入CPLD芯片控制原理，在VGA顯示模塊等多個(gè)硬件執(zhí)行設(shè)備的支持下，搭建一種新型的視頻圖像處理系統(tǒng)，一方面優(yōu)化了圖像分?jǐn)?shù)的像素差值參量，另一方面也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)內(nèi)的信息按需排序。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

視頻圖像處理系統(tǒng)主要由CPLD存儲(chǔ)模塊、視頻圖像采集模塊、圖像邊緣檢測(cè)模塊、VGA視頻圖像顯示模塊、圖像源路數(shù)智能控制以及視頻流播放設(shè)計(jì)組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

CPLD存儲(chǔ)模塊主要負(fù)責(zé)暫存視頻圖像相關(guān)數(shù)據(jù)信息，其中，視頻圖像多線程控制過(guò)程中，所有視頻圖像信號(hào)只能存儲(chǔ)在該模塊內(nèi)。視頻圖像采集模塊利用結(jié)構(gòu)化導(dǎo)線，經(jīng)過(guò)視頻流輸入接口，加工視頻流數(shù)據(jù)，整合處理已輸入視頻圖像，進(jìn)入下級(jí)處理設(shè)備。圖像邊緣檢測(cè)模塊主要負(fù)責(zé)制定視頻流處理相關(guān)設(shè)備執(zhí)行指令，釋放暫存的視頻流文件。VGA視頻圖像顯示模塊主要將圖像數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為視頻流，提取待處理圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)信息流接口元件，生成完整的數(shù)據(jù)流參量，協(xié)調(diào)視頻圖像的存儲(chǔ)形式，匹配視頻圖像控制處理行為。圖像源路數(shù)智能控制是利用分?jǐn)?shù)像素的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償原理，優(yōu)化圖像像素差，根據(jù)視頻圖像輸入信號(hào)路數(shù)，設(shè)置子窗口實(shí)時(shí)顯示位置。視頻流播放設(shè)計(jì)是利用多線程節(jié)點(diǎn)，完成系統(tǒng)內(nèi)部視頻進(jìn)程聯(lián)合化控制處理，排序數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)域內(nèi)信息參量，實(shí)現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的同步傳輸，提取采集模塊中的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)傳輸信道，反饋給回VGA視頻圖像顯示模塊。綜上所述，實(shí)現(xiàn)基于CPLD芯片控制的視頻圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 視頻圖像處理系統(tǒng)的硬件執(zhí)行方案

視頻圖像處理系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由CPLD存儲(chǔ)模塊、視頻圖像采集模塊、圖像邊緣檢測(cè)模塊、VGA視頻圖像顯示模塊四部分組成，具體搭建方法如下。

2.1 CPLD存儲(chǔ)模塊

CPLD存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)暫存與視頻圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，由LVTH存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器、TTL芯片、DAC芯片、視頻流傳輸導(dǎo)線5類結(jié)構(gòu)主體共同組成。CPLD存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖2中，視頻流傳輸導(dǎo)線連接了LVTH存儲(chǔ)器與下級(jí)圖像處理結(jié)構(gòu)，可將負(fù)載于其中的流通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成束狀傳輸結(jié)構(gòu)，總體執(zhí)行功能相當(dāng)于CPLD芯片控制結(jié)構(gòu)中的信息傳導(dǎo)設(shè)備。LVTH存儲(chǔ)器是視頻圖像數(shù)據(jù)信息的直屬暫存元件，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中始終保持連續(xù)性輸出狀態(tài)，從而使傳輸導(dǎo)線中的視頻流信息具備較強(qiáng)的調(diào)度積極性[3]。D/A轉(zhuǎn)換器具備兩種接入狀態(tài)，視頻流信息保持分散輸入形式時(shí)，該原件實(shí)施數(shù)據(jù)參量的聚集與整合；視頻流信息保持束狀輸入形式時(shí)，該原件實(shí)施數(shù)據(jù)參量的分散與重組，但總體工作模式始終與CPLD存儲(chǔ)模塊保持一致。TTL芯片、DAC芯片同時(shí)負(fù)載于視頻流傳輸導(dǎo)線下端，可根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際輸出速率，更改元件設(shè)備的接入形式，從而更好匹配CPLD存儲(chǔ)模塊內(nèi)的暫存信息連接行為。

圖2 CPLD存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2 視頻圖像采集模塊

視頻圖像采集模塊與CPLD存儲(chǔ)模塊直接相連，視頻流信息可借助結(jié)構(gòu)化導(dǎo)線，經(jīng)過(guò)輸入接口，從上級(jí)系統(tǒng)元件進(jìn)入下級(jí)處理設(shè)備之中。視頻圖像采集模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 視頻圖像采集模塊結(jié)構(gòu)圖

圖3中，模塊中部設(shè)置兩塊型號(hào)相同、但功能不同的傳感芯片，分別負(fù)責(zé)視頻圖像中的信息屬性分析與CPLD芯片的控制功能判定。從結(jié)構(gòu)化角度來(lái)看，兩塊傳感芯片同時(shí)起到承上啟下的圖像信息采集傳輸作用，可在保障視頻流輸入穩(wěn)定性的同時(shí)，解決連續(xù)空間節(jié)點(diǎn)的冗余占據(jù)問(wèn)題[4-5]。CMOS圖像信息加工元件具備較強(qiáng)的視頻流數(shù)據(jù)加工能力，可在Device芯片的作用下，精準(zhǔn)提取傳輸視頻中的冗余可控節(jié)點(diǎn)，并按照CPLD芯片的基本控制原則，將剩余信息注入連續(xù)視頻文件中。CCD耦合芯片是視頻圖像采集模塊的核心搭建設(shè)備，負(fù)責(zé)已輸入視頻圖像的集中性處理與整合，并將篩選后的束狀信息數(shù)據(jù)分配至下級(jí)系統(tǒng)元件之中。

2.3 圖像邊緣檢測(cè)模塊

圖像邊緣檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)制定與視頻流處理相關(guān)的設(shè)備執(zhí)行指令，分別與視頻圖像采集模塊及VGA顯示模塊相連。圖像邊緣檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 圖像邊緣檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖

圖4中，內(nèi)部負(fù)載了4個(gè)不同的小型CPLD控制芯片，可有效感知圖像信息在視頻流中的傳輸速率，進(jìn)而協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)進(jìn)程節(jié)點(diǎn)間的冗余占據(jù)關(guān)系。Ⅰ型像素卷積設(shè)備、Ⅱ型像素卷積設(shè)備保持并列相連的關(guān)系，通常情況下，視頻圖像中的數(shù)據(jù)信息可順次通過(guò)上述兩個(gè)執(zhí)行設(shè)備，并在主動(dòng)建立與系統(tǒng)處理主機(jī)間物理連接的同時(shí)，擴(kuò)展視頻流的平均傳輸寬度。數(shù)據(jù)輸出旋調(diào)裝置具備較強(qiáng)的感知適應(yīng)性，可根據(jù)視頻流中圖像數(shù)據(jù)的暫存實(shí)值，改變?cè)O(shè)備體與邊緣檢測(cè)模塊間的連接緊密程度，從而抑制連續(xù)視頻圖像的空間性冗余能力[6-7]。Sobel芯片是圖像邊緣檢測(cè)模塊的核心搭建設(shè)備，始終保持較強(qiáng)的指令處理能力，在完整獲取4個(gè)CPLD芯片內(nèi)圖像數(shù)據(jù)信息的控制應(yīng)用需求后，釋放所有暫存的視頻流文件，同時(shí)建立與VGA顯示模塊的物理連接。

2.4 VGA視頻圖像顯示模塊

VGA視頻圖像顯示模塊實(shí)現(xiàn)了由圖像數(shù)據(jù)流到視頻流的轉(zhuǎn)化，在CPLD控制芯片的作用下，可在與圖像邊緣檢測(cè)模塊建立連接的同時(shí)，借助ADV7213芯片，計(jì)算暫存視頻圖像中的平均分?jǐn)?shù)像素差值。VGA視頻圖像顯示模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 VGA視頻圖像顯示模塊結(jié)構(gòu)圖

圖5中，R9-R0、B9-B0、G9-G0是3個(gè)不同的信息流接口元件。其中，R9-R0芯片可借助傳輸導(dǎo)線與Ⅰ型像素卷積設(shè)備、Ⅱ型像素卷積設(shè)備相連，在視頻流傳輸寬度不斷拓寬的情況下，提取CCD耦合芯片中的待處理圖像數(shù)據(jù)，再通過(guò)B9-B0芯片的傳輸促導(dǎo)作用，將這些束狀信息反饋至G9-G0芯片中，直至系統(tǒng)內(nèi)部的連續(xù)視頻圖像節(jié)點(diǎn)完全趨于穩(wěn)定，才會(huì)生成完整的數(shù)據(jù)流參量[8]。信息流接口位于VGA視頻圖像顯示模塊右下部，可在IOB芯片的作用下，協(xié)調(diào)信息寄存器內(nèi)視頻圖像的存儲(chǔ)形式，直至與系統(tǒng)內(nèi)部的控制處理行為完全匹配。

3 圖像源路數(shù)智能控制

在視頻圖像處理系統(tǒng)硬件執(zhí)行方案的支持下，按照分?jǐn)?shù)像素差值優(yōu)化、子窗口動(dòng)態(tài)顯示調(diào)節(jié)的操作流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)圖像源路數(shù)的智能化控制。

3.1 分?jǐn)?shù)像素差值優(yōu)化

在整個(gè)視頻圖像處理過(guò)程中，分?jǐn)?shù)像素差值函數(shù)占去大部分計(jì)算量，其中和CPLD芯片控制有關(guān)的計(jì)算占去總運(yùn)算量的40%左右。在系統(tǒng)核心處理標(biāo)準(zhǔn)中，圖像像素差優(yōu)化用到了分?jǐn)?shù)像素的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償原理，需要在原有數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行分?jǐn)?shù)化像素的內(nèi)插協(xié)調(diào)，而中間像素插值占去整個(gè)優(yōu)化補(bǔ)償估計(jì)的至少三分之二的計(jì)算量[9]。因此改變視頻圖像中原始數(shù)據(jù)信息的分?jǐn)?shù)像素插值，成為系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度處理的重要操作環(huán)節(jié)。分?jǐn)?shù)像素差值優(yōu)化原理如圖6所示。

圖6 分?jǐn)?shù)像素差值優(yōu)化原理

根據(jù)圖6可知，用于內(nèi)插的視頻圖像分?jǐn)?shù)像素點(diǎn)可分為兩類：一類直接作用于數(shù)據(jù)信息的整數(shù)行或列組織，如圖5中的aa、bb、cc、dd類節(jié)點(diǎn)，這些分?jǐn)?shù)像素差值可通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)行列屬性的方式得到；另一類像素內(nèi)差點(diǎn)所在的行和列位置上均不包含整數(shù)數(shù)據(jù)信息，如圖5中的i、k、l、g類節(jié)點(diǎn)，這些像素點(diǎn)的差值優(yōu)化結(jié)果必須參考第一類分?jǐn)?shù)像素點(diǎn)的實(shí)際所在位置。

3.2 子窗口動(dòng)態(tài)顯示

對(duì)于視頻圖像處理系統(tǒng)的子窗口來(lái)說(shuō)，由CPLD控制芯片預(yù)設(shè)的窗體結(jié)構(gòu)始終保持顯示型排列方式。圖像源數(shù)據(jù)信息的分辨率為1 920×1 080，因此每一個(gè)子窗口只能按照16∶9的比率實(shí)時(shí)播放與顯示。根據(jù)視頻圖像輸入信號(hào)路數(shù)的不同，系統(tǒng)將自動(dòng)設(shè)置子窗口的實(shí)時(shí)顯示位置，在CPLD芯片控制原理的作用下，與子窗口匹配的動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)將會(huì)不斷靠近，進(jìn)而達(dá)到控制連續(xù)視頻圖像在空間范圍內(nèi)冗余化程度的目的[10]。在視頻圖像默認(rèn)顯示條件保持不變的情況下，處理系統(tǒng)預(yù)設(shè)的子窗口始終具備較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)能力，故處于連續(xù)視頻空間內(nèi)的分?jǐn)?shù)像素差值都能夠得到穩(wěn)定的放大處理。因CPLD芯片可與視頻圖像數(shù)據(jù)保持不平衡的控制對(duì)等關(guān)系，子窗口的動(dòng)態(tài)顯示復(fù)雜度也具備波動(dòng)變化的能力，隨著輸出圖像信息源路數(shù)的增加，視頻流顯示結(jié)果也將造成子窗口使用率的提升[11]。設(shè)ΔM代表單位時(shí)間內(nèi)處理系統(tǒng)中圖像數(shù)據(jù)信息的實(shí)際輸出量，ΔR代表分?jǐn)?shù)像素差值的優(yōu)化變動(dòng)總量，聯(lián)立上述物理量，可將視頻圖像處理系統(tǒng)的子窗口動(dòng)態(tài)顯示條件定義為：

(1)

公式(1)中，σ代表視頻圖像處理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)顯示參量，λ代表視頻圖像信息的實(shí)際輸入系數(shù)，f代表圖像數(shù)據(jù)的輸出處理總量。

4 視頻流播放的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

聯(lián)合圖像源路數(shù)的智能化控制需求，建立必要的視頻進(jìn)程，在確保視頻流得到完整存儲(chǔ)的前提下，完成基于CPLD芯片控制的視頻圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4.1 視頻的進(jìn)程與多線程控制

整個(gè)視頻圖像處理系統(tǒng)需要完成多種數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，在邊緣檢測(cè)模塊中，信息用戶可以設(shè)置所有與本系統(tǒng)相關(guān)的操作參數(shù)，并且將核心主機(jī)返回的處理意見(jiàn)，直接顯示在VGA模塊中。結(jié)合CPLD芯片的控制原理來(lái)看，為實(shí)現(xiàn)視頻圖像信號(hào)的同步處理，不同數(shù)據(jù)信息必須取自不同的圖像采集模塊，與此同時(shí)，CPLD模塊還支持圖像本地保存、截屏處理等功能。圖像邊緣檢測(cè)模塊作為數(shù)據(jù)包傳輸結(jié)構(gòu)，可按照信道組織的連接需求，實(shí)現(xiàn)各硬件執(zhí)行設(shè)備間的信號(hào)共通[12]。個(gè)別情況下，有的功能模塊間存在明顯的并行執(zhí)行狀態(tài)，視頻圖像中的分?jǐn)?shù)像素差值也會(huì)隨之增大，進(jìn)而影響子窗口的動(dòng)態(tài)顯示行為，故系統(tǒng)內(nèi)部的視頻進(jìn)程必須借助多線程節(jié)點(diǎn)，才能實(shí)現(xiàn)聯(lián)合化的控制與處理。視頻圖像多線程控制結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 視頻圖像多線程控制結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖7可知，多控制線程負(fù)責(zé)子窗口動(dòng)態(tài)圖像的顯示及視頻的播放處理，而節(jié)點(diǎn)進(jìn)程則負(fù)責(zé)分?jǐn)?shù)像素通道內(nèi)的信息處理，每一幀視頻信號(hào)的處理都關(guān)聯(lián)一個(gè)線程控制結(jié)構(gòu)。一個(gè)視頻信號(hào)由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟狀態(tài)，也就意味著創(chuàng)建一個(gè)新的多線程控制結(jié)構(gòu)，在整個(gè)進(jìn)程通路中，某一個(gè)視頻信號(hào)完成播放時(shí)，即表示一個(gè)進(jìn)程的結(jié)束，通常情況下，可在圖像數(shù)據(jù)處理線程的末尾，釋放所有因視頻顯示而占用的子窗口結(jié)構(gòu)體。另外在此過(guò)程中所涉及的所有視頻圖像信號(hào)，都只能存儲(chǔ)在CPLD模塊之中，形成獨(dú)立的本地保存文件。

4.2 數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)排序

對(duì)于待處理視頻圖像信息，由CPLD芯片控制的硬件處理結(jié)構(gòu)始終維持按序發(fā)送的執(zhí)行狀態(tài)，但信息碼流的發(fā)送只能以數(shù)據(jù)包作為單位結(jié)構(gòu)組織，對(duì)于數(shù)據(jù)包不設(shè)置獨(dú)立的傳輸途徑，每個(gè)信息結(jié)構(gòu)可經(jīng)過(guò)不同子窗口的轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入系統(tǒng)處理接收端，在經(jīng)過(guò)VGA顯示模塊的傳輸后，接收端元件并不能保證數(shù)據(jù)信息依然維持原始發(fā)送順序，因此為了實(shí)現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的同步傳輸，必須在數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)域內(nèi)，對(duì)信息參量實(shí)施必要排序處理[13]。在執(zhí)行視頻圖像數(shù)據(jù)包的物理排序時(shí)，應(yīng)以一個(gè)隨機(jī)生成的16位二進(jìn)制數(shù)作為發(fā)送序列號(hào)，接下來(lái)每發(fā)出一個(gè)圖像數(shù)據(jù)信息，就在起始序列號(hào)的基礎(chǔ)上加“1”，當(dāng)序列號(hào)的末尾標(biāo)注數(shù)值超過(guò)16位二進(jìn)制數(shù)的應(yīng)用范圍時(shí)，則建立一個(gè)全新的序列號(hào)組織[14]。采用雙向循環(huán)鏈表準(zhǔn)則，設(shè)原始信息參量為“Seq0”，插入指令為“add”，聯(lián)立16位隨機(jī)編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)包的緩沖區(qū)排序原則進(jìn)行歸納，如表1所示。

表1 視頻圖像數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)排序原則

4.3 視頻流存儲(chǔ)

視頻流存儲(chǔ)是基于CPLD芯片控制視頻圖像處理系統(tǒng)搭建的末尾設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可直接提取采集模塊中的數(shù)據(jù)信息，并借助傳輸信道，將這些束狀結(jié)構(gòu)體反饋回VGA顯示模塊中。所謂視頻流是指連續(xù)的平滑圖像幀序列，在實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中，必須截取多個(gè)視頻圖像的特定數(shù)據(jù)瞬間，并以數(shù)據(jù)信息的形式直接存儲(chǔ)在CPLD模塊中，以便直接實(shí)施后續(xù)的處理與分析操作[15-16]。在多路視頻處理系統(tǒng)中，一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)只能對(duì)應(yīng)一類信息參量，而隨著傳輸圖像數(shù)據(jù)總量的增大，連續(xù)視頻的空間冗余性也開始大幅提升，圖像數(shù)據(jù)的處理及時(shí)性持續(xù)下降。而CPLD芯片控制處理系統(tǒng)，具備同時(shí)截取多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的能力，不僅支持單路視頻流的傳輸與存儲(chǔ)，也支持雙路或多路視頻流的傳輸與存儲(chǔ)，既滿足了系統(tǒng)子窗口對(duì)于圖像分?jǐn)?shù)像素差的顯示占用需求，也實(shí)現(xiàn)了圖像信息數(shù)據(jù)包的緩沖與排序處理。至此，完成CPLD控制流程的建立，在相關(guān)軟硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)的支持下，實(shí)現(xiàn)新型視頻圖像處理系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

5 數(shù)據(jù)檢測(cè)與分析

為驗(yàn)證基于CPLD芯片控制視頻圖像處理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。如圖8、9所示，以一空白桌面作為實(shí)驗(yàn)實(shí)施平臺(tái)，將圖像投射屏幕放置于桌面后緣，在桌面上放置書本、盆栽等物質(zhì)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，不斷增加或減少實(shí)驗(yàn)對(duì)象的具體數(shù)量，直至投射屏幕中形成完整且穩(wěn)定的視頻圖像。利用傳輸導(dǎo)線將投射屏幕與控制主機(jī)相連，首先啟動(dòng)新型視頻圖像處理系統(tǒng)，分析連續(xù)視頻中的圖像信息，將各記錄數(shù)值作為實(shí)驗(yàn)組指標(biāo)參量；再啟動(dòng)多路視頻處理系統(tǒng)，分析連續(xù)視頻中的圖像信息，將各記錄數(shù)值作為對(duì)照組指標(biāo)參量；最后對(duì)比實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的數(shù)值記錄結(jié)果。

圖8 視頻圖像處理系統(tǒng) 圖9 待處理視頻圖像

圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率、VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)都是反應(yīng)連續(xù)視頻圖像空間冗余性的重要物理指標(biāo)，通常情況下，二者的影響行為始終保持相反的作用效果，即圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率越快，連續(xù)視頻圖像的空間冗余程度越低，反之則越高；VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)越小，連續(xù)視頻圖像的空間冗余程度越低，反之則越高。

圖10反應(yīng)了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率的具體變化情況。

圖10 圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率對(duì)比圖

圖10記錄了4組不同的圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率指標(biāo)結(jié)果，從平均值的角度來(lái)看，第2次實(shí)驗(yàn)組的平均數(shù)值最大，第3次對(duì)照組的平均數(shù)值最大。從極限值的角度來(lái)看，第1次、第3次實(shí)驗(yàn)組的圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率最大值達(dá)到9.1幀/s，第1次實(shí)驗(yàn)組的圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率最小值也達(dá)到5.3幀/s；第2次對(duì)照組的圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率最大值達(dá)到5.9幀/s，第2次、第3次對(duì)照組的圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率最小值低至1.1幀/s。對(duì)比最大值，實(shí)驗(yàn)組圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率指標(biāo)上升了3.2幀/s；對(duì)比最小值，實(shí)驗(yàn)組圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率指標(biāo)上升了4.8幀/s。

表2反應(yīng)了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)的具體變化情況。

表2 實(shí)驗(yàn)組VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)

表2、表3分別代表4種不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)的具體數(shù)值結(jié)果。對(duì)比表2、表3可知，第4組VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)的平均數(shù)值最大，實(shí)驗(yàn)組極大值6.79與對(duì)照組極大值8.46相比，下降了1.67；第1組VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)的平均數(shù)值最小，實(shí)驗(yàn)組極大值2.03與對(duì)照組極值2.71相比，下降了0.68。

表3 對(duì)照組VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)

綜上可知，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組處理系統(tǒng)后，圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率出現(xiàn)了明顯提升的變化趨勢(shì)，極大值指標(biāo)由5.9幀/s上升至9.1幀/s；而VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)卻開始大幅下降，極大值指標(biāo)由8.46下降至6.79，即應(yīng)用基于CPLD芯片控制視頻圖像處理系統(tǒng)，可降低連續(xù)視頻圖像的空間冗余性，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的及時(shí)性處理。

6 結(jié)束語(yǔ)

為解決多路視頻處理手段對(duì)于圖像數(shù)據(jù)處理及時(shí)性較差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于CPLD芯片控制的視頻圖像處理系統(tǒng)。在邊緣檢測(cè)模塊、VGA顯示模塊等多個(gè)硬件執(zhí)行設(shè)備的支持下，同時(shí)執(zhí)行分?jǐn)?shù)像素差值的優(yōu)化調(diào)度與子窗口的動(dòng)態(tài)應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻進(jìn)程的多線程控制，也解決了數(shù)據(jù)包在緩沖區(qū)域內(nèi)的按需排序問(wèn)題。從實(shí)用性角度來(lái)看，圖像數(shù)據(jù)幀緩存速率開始不斷上升，而VGA信息轉(zhuǎn)換指標(biāo)卻大幅下降，從根本上控制了連續(xù)視頻圖像空間冗余性的上升趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)處理圖像數(shù)據(jù)的初衷。