基于FPGA云的實(shí)時(shí)圖像處理在線驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)

黃繼業(yè)，劉鑫，董哲康

（杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院，杭州 310018）

0 引言

高清視頻編碼、傳輸技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）技術(shù)在視頻、圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛［1-2］。如何在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷變化、算法快速更新迭代的大背景下，實(shí)現(xiàn)對(duì)基于FPGA的圖像處理算法的快速驗(yàn)證成為行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵之一。算法快速驗(yàn)證平臺(tái)通過提供通用的測試環(huán)境，允許用戶在硬件條件未達(dá)到的情況下，以FPGA實(shí)現(xiàn)目標(biāo)算法的硬件邏輯設(shè)計(jì)，評(píng)估算法的效果與可行性［3］。

FPGA云基于FPGA 即服務(wù)（FPGA as a Service，F(xiàn)aaS）技術(shù)，其作為公有云基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，向用戶提供基于FPGA的云服務(wù)［8-9］，具備強(qiáng)大的計(jì)算力、良好的遷移性和使用靈活性，近年來被廣泛應(yīng)用于各類計(jì)算加速系統(tǒng)［10-12］。對(duì)于圖像處理算法驗(yàn)證這一典型的計(jì)算密集型應(yīng)用場景，F(xiàn)PGA 云技術(shù)具有極高的適用性。

本文針對(duì)FPGA 圖像處理算法快速驗(yàn)證需求，構(gòu)建基于FPGA云的實(shí)時(shí)圖像處理在線驗(yàn)證平臺(tái)，通過設(shè)計(jì)通用FPGA算法測試平臺(tái)、定義統(tǒng)一的虛擬用戶接口，抽象測試平臺(tái)底層邏輯設(shè)計(jì)，簡化外設(shè)架構(gòu)，使用戶能夠?qū)Ｗ⒂谒惴ㄔO(shè)計(jì)和驗(yàn)證本身，降低開發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，提高驗(yàn)證效率。

1 在線驗(yàn)證平臺(tái)軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)圖像處理驗(yàn)證平臺(tái)以高速相機(jī)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)作為輸入，以顯示器顯示圖像作為輸出，通過高速硬件接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；本文提出的基于FPGA 云的實(shí)時(shí)圖像處理在線驗(yàn)證平臺(tái)，以圖片或視頻作為虛擬輸入、輸出，通過虛擬的數(shù)字視頻端口（Digital Video Port，DVP）進(jìn)行模塊間數(shù)據(jù)交互，二者對(duì)比如圖1 所示?！?br>