一种ASIC硬件图像匹配最大互相关算法的设计和实现

文章摘要：2 以TMS320C30和专用ASIC器件LS9501组成的图像匹配计算机结构介绍ASIC是Application Specific Integrated Circuit的英文缩写，在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。目前，在集成电路界ASIC被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。www.88dzw.com2.1 专用图像匹配器件LS9501介绍LS9501[2]是西安

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　　2 以TMS320C30和专用ASIC器件LS9501组成的图像匹配计算机结构介绍

　　ASIC是Application Specific Integrated Circuit的英文缩写，在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。目前，在集成电路界ASIC被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

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　　2.1 专用图像匹配器件LS9501介绍

　　LS9501[2]是西安微电子技术研究所根据图像匹配的特点研制成功的一个高速[20M]二维具有3x3内核的卷积器，它的主要功能是可同时对9对象素值实现乘加运算，即实现：.LS9501的输入是二维无符号8位的图像数据，输出是无符号20位卷结果和二维串行移位无符号8位的图像数据。其内部结构采用流水线并行技术，主要的功能单元有寄存器组、快速乘法器、加法器和控制电路，如图2所示。电路中设置的两组寄存器A和B由9个8位的移位寄存器构成，可存放9个图像象素数据。9个快速乘法器可保证在每一个时钟内同时进行9对图像数据相乘。其工作原理为：向A寄存器输入9个实时图象素数据后，再向B寄存器输入入九个基准图像素数据，当9对象素值输入完后，经过一定时间延迟，即可得到卷积结果。此后，如A寄存器的数据不变，B寄存器继续输入数据，则每输入一个数据，即可获得一个9个图像象素数据卷积结果。如果将多个LS9501卷积器级连起来，可实现更多对象素数据的卷积运算。例如，将4个LS9501级连，可实现36对象素数据的卷积，但要将4个卷积器的结果加起来，才能得到最后的结果。为此，西安微电子技术研究所研制了级连加法器LS9502,它的功能是在60ns内将4LS9501的输出结果求和。

　　3 图像匹配计算机结构

　　将4个卷积器LS8501和级连加法器LS9501组合起来作为TMS320C30数字信号处理器的快速协处理器部件，可组成一种高速的单DSP+多ASIC系统结构的嵌入式计算机，如图3所示。其工作过程为：首先TMS320C30按一定次序把36个实时图象素数据从实时图存储器中取出并输入LS9501的A寄存器中，然后，从基准图存储中将基准图像素数据输入B寄存器。输入36个基准图像素数据后，经过一定时间延迟，即可读出第一个36对图像象素数据卷积结果。此后即建立起流水，每输入一个基准图数据可得到相应36对图像象素数据卷积结果，直至对整个基准图匹配计算完。当实时图比较大时，可把实时图分成若干子图，然后对每一个子图分别进行卷积运算，最后再把它们的结果加在一起。这样，工作量最大的匹配计算任务由LS8501完成，TMS320C30将各个图匹配结果进行累加，求最大互相关值，并对卷器控制输入8位灰度图像数据。

　　4 图像匹配结果与讨论

　　在上述图像匹配计算机中，采用美国TI公司的TMS320C30（33M）DSP芯片主为处理器，4片关并行的LS9501和级连加法器LS9502组成图像匹配协处理器，外部图像存储器读写为零等待状态。根据组成的计算机系统结构，把36x36的实时图分成36个4x9的子图，然后计算每一子图与相应基准图子图卷积，最后把各个子图卷积结果累加在一起。通过编写TMS320C30汇编程序，对不同大小实时图和基准图进行搜索（即匹配所有（M-N+1）2个子图）最大互相差匹配运算，运算结果匹配位置正确。匹配运算时间如表2所示（对基准图像素数据预处理，不计运算时间）。

　　表2 实时图和基准图匹配运算时间

图像大小 运算时间/ms 实时较 基准图 由单DSP执行 由DSP+ABIC执行 36×36 128×128 3081 623 36×36 150×150 4645 946

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