图像旋转的FPGA实现(一)

2021-07-28

  继续图像处理专题,这次写的是图像旋转。若要说小分辨率的图像旋转倒也简单,直接将原始图像存储在BRAM中,然后按照旋转后的位置关系取出便是。但是对于高分辨的图像(720P及以上)就必须得用DDR3或者DDR4缓存了,而DDR是突发传输,对连续视频流十分友好。所以在旋转180°时倒也问题不大,但是若旋转90°或者270°的话,每取出一个数据,

就要跨行一次,而DDR跨行传输的效率极低,经测量大概是10%左右,根本无法满足实时性要求。

  那么,又该怎么解决旋转90°或者270°DDR传输效率低的问题呢?我查阅了大量资料,有一种方法是改用sram存储图像,这样便没有跨行传输效率低下的问题。但是现在FPGA的开发板普遍带的是DDR,也没有必要为了图像旋转这个功能重新设计电路,增加sram芯片。另一种方法则是改变DDR读写图像的方式,这里也有两种方案。方案1是对DDR进行分块,DDR的一块存储一行有效图像数据,这样就使得DDR跨行次数减少。同时由于DDR位宽大于像素数据位宽,所以每读取一个数据就能获得数个像素点,可供几次旋转90°或者270°使用。

方案2是对图像进行分块,写入DDR时按照分块尺寸对应关系,每一行写入一个分块,这个方法同样会使得旋转操作后读取DDR跨行变少。有些人或许就会疑问,连续的视频流怎么分块呢?视频的确是连续进入的,可是我们可以控制写入的地址,假如分辨率是1920*1080,分块是192*10,那么在DDR写到192-8地址时,就直接跳转到0+DDR列长度处了,进而实现DDR的一块存储原图像的一行数据。

  这里的话,我选择的是第一种方案,即DDR的一块存储原图像一行有效数据,并在720P和1080P各种制式下验证通过,具体实现细节见下一篇博客。

       事实上,我只实现了直角旋转,即旋转90°,旋转180°,旋转270°。而想实现任意角度旋转的话则思路一致,即重新排列图像写入DDR顺序,使得读DDR跨行操作次数降低,而关于这一点,万方上有一篇名叫“基于FPGA的数字图像旋转引擎设计”(李杰明)的论文,大家有兴趣的可以去查阅观看。