毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
1.现象及需求状况
视频图像是在各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼而产生视知觉得实体。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，数字图像技术近年来得到极大的重视和长足发展，并在科学研究、工业生产、医疗卫生、通信等方面得到广泛应用，对视频信号的处理,尤其是实时视频信号的处理已经成为视频图像处理领域中重要部分。
传统的视频图像处理技术主要用PC机来做实时图像处理，由于PC机的结构是基于冯诺依曼的复杂指令计算机，本质上是顺序执行指令，不能实现并行处理，故实时性很差；用数字信号处理专用芯片来做实时图像处理，由于数字信号处理专用芯片采用数据与程序空间相分离的哈佛结构，加上数字信号处理专用芯片比较适合做复杂的算法，可以实现一定的并行处理能力和容易实现一些算法，故用来做图像处理比PC机有一定优势[3]。不过随着新的需求，对视频的清晰度要求逐渐提高，所以高清视频的应用也越来越广泛。然而对于高清视频来讲，最为强大的单片DSP也不容易实现。因此就需要一种新的开发环境，来满足实现视频图像处理技术的新要求。
2.选题目的及意义
在视频信号处理过程中为保证实时性，首先要求实时图像处理系统具有处理大数据量的能力；其次对系统的体积大小、功能、稳定性等也有严格的要求。实时图像处理算法中经常要用到不同层次、不同种类的运算。有的预算结构比较简单，但数据量大，计算速度要求高；有些运算对速度要求并不高，但计算方式和结构比较复杂，难以用纯硬件实现[10]。因此实时图像处理系统是要求运算速度高、运算种类多的综合性信息处理系统。
现场可编程门阵列( FPGA )是专用ASIC（Application Specific Integrated Circuit, 特定用途集成电路）的基础上发展起来的，它克服了专用ASIC不够灵活的特点。与其他中小规模集成电路相比，其优点在于它的灵活性很强，即其内部具体的逻辑功能可以根据需要配置，对电路的修改和维护很方便；而且FPGA的I/O口丰富，其数据高速处理能力非常强。目前，FPGA的容量已经超过了百万级，FPGA已经成为系统设计的重要选择方案之一[4]，而由FPGA 实现的计算系统可以达到现有通用处理器的数百甚至上千倍。ARM处理器（Advanced RISC Machines）即高级RISC处理器，是由英国ARM公司开发的一种RISC处理器。RAM处理器体积小、功耗低、成本低、性能高，其支持Thumb（16位）/ARM（32位）的双指令集，能和好的兼容8位/16位器件；器件内部使用大量寄存器，大多数数据在寄存器内完成，执行指令的速度更快，而且其寻址方式灵活简单，执行效率大大提高；同时ARM的外部接口资源也是相当丰富的。
采用可编程逻辑器件FPGA 来对初始数据进行处理，具有高集成度、高速、高可靠性、灵活的编程能力等特点。由于FPGA 器件实现的各功能块可以同时工作，从而实现从指令级到流水线级甚至是任务级的并行执行， 因此大大地加快了计算速度。ARM在顺利执行、事物处理、数据流转等方面功能强大，从而补充了FPGA后续数据处理能力的不足[1]。
在对视频图像进行实时压缩高清视频处理过程中，需要预处理的数据量很大，要求处理速度很快，但运算结构相对比较简单，恰恰适用于FPGA通过硬件实现，这样能同时兼顾速度及灵活性，而FPGA又可以从多方面满足我们的需求。高层运算的特点是处理的数据量较底层少，但算法结构复杂，采用ARM可以实现运算速度高、寻址方式灵活、通信能力强的特点[6]。
ARM与FPGA的综合设计（即ARM FPGA）成本不是很高，但却可以获得强大的功能，并且扩大了ARM与FPGA的应用范围，可广泛应用于各种通信、控制以及监测设备之中。ARM与FPGA综合设计，将是未来很长一段时间内电子设计的一个重要发展方向，是突破目前速度瓶颈、功能瓶颈和性价比瓶颈的重要技术手段。随着ARM与FPGA综合设计技术的不断发展，ARM与FPGA综合设计技术也将由目前的简单组合发展成为更高层次的ARM与FPGA并行运算技术以及ARM与FPGA分布式运算技术。采用ARM FPGA 的构架模式，ARM 处理器作为系统的主控芯片，FPGA 作为数据采集和处理中心，可以充分满足本系统所涉及的数据输入输出通道多，数据处理复杂，数据稳定性、可靠性、实时性要求高的特点[12]。
ARM与FPGA综合设计具有以下优点[1]：
