李楠 西安交通大學(xué)城市學(xué)院

視頻能夠幫助人們準(zhǔn)確、直觀、高效的接受信息。視頻應(yīng)用系統(tǒng)的環(huán)節(jié)十分復(fù)雜，其中主要包括信息采集、傳送、轉(zhuǎn)換以及顯示等，在這些應(yīng)用環(huán)節(jié)中，會(huì)由于各種不可避免的原因而在不同程度上降低圖像的質(zhì)量和清晰度。例如，在攝影的過(guò)程中，由于外部光照強(qiáng)弱不同等外在環(huán)境因素就會(huì)最終導(dǎo)致圖像太亮或者太暗；同時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)在電子設(shè)備發(fā)生失真或者大氣流動(dòng)的情況下都會(huì)導(dǎo)致圖像不清晰，模糊；另外，信道傳輸和系統(tǒng)軟件也會(huì)引入各種噪聲。上述問(wèn)題都會(huì)在一定程度上影響著視覺(jué)效果，同時(shí)也會(huì)視頻圖像的傳輸和儲(chǔ)存。

1 基于FPGA的智能視頻信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)構(gòu)特性及參數(shù)

邏輯資源比較多。在我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展，超大規(guī)模集成電路制作工藝水平日漸提高的形勢(shì)下，可用于內(nèi)部的單片F(xiàn)PGA邏輯資源的數(shù)量也逐漸增多。邏輯資源比較多。在我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展，超大規(guī)模集成電路制作工藝水平日漸提高的形勢(shì)下，A1tera公司生產(chǎn)的cycloneII系列中的FPGA最大程度上可以容納68416個(gè)LE。除此之外，隨著可用的IO數(shù)量不斷地增多，在我國(guó)現(xiàn)階段，A1tera公司研發(fā)出的NIOS處理嵌入式軟核CPU技術(shù)大大提高了FPGA的功能。

2 基于FPGA的智能視頻信號(hào)處理技術(shù)的作用

基于FPGA智能信號(hào)視頻處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常多，例如，它不僅可以有效、精確的進(jìn)行延時(shí)處理和延時(shí)控制，同時(shí)也能夠在一定程度上通過(guò)應(yīng)用時(shí)序分析和時(shí)序約束這兩種方式，科學(xué)、精確的計(jì)算出各種器件間的信號(hào)傳輸和延時(shí)，并能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)工作的安全性、穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)運(yùn)行的效率。同時(shí)，對(duì)于高速DDR SDRAM的控制和設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，利用專(zhuān)用的時(shí)鐘引腳驅(qū)動(dòng)，準(zhǔn)確的計(jì)算出時(shí)鐘延遲與信號(hào)延遲，可以有效的確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，從而在最大的程度上減少數(shù)據(jù)存取過(guò)程中出錯(cuò)的概率。

3 閾值分割技術(shù)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，閾值分割的算法越來(lái)越多。比如，可以先選擇一副灰度圖像，在圖像上合理的選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)南袼攸c(diǎn)灰度值當(dāng)做圖像分割的準(zhǔn)確閡值，再逐一的對(duì)該灰度值和圖像中的像素灰度值進(jìn)行比對(duì)，并把對(duì)比的結(jié)果分別分為背景目標(biāo)和前景目標(biāo)。背景目標(biāo)主要是指灰度值小于閥值的像素[1]。前景目標(biāo)主要是指灰度值大于閥值的像素。在這其中，當(dāng)像素的灰度值與選取的閥值相等時(shí)，就能夠把這些像素隨意分為前景目標(biāo)或者是背景目標(biāo)。在大多數(shù)情況下，前景目標(biāo)和背景目標(biāo)像素都屬于圖像中的兩大部分。因此，對(duì)于一副灰度級(jí)較為完整的圖像來(lái)說(shuō)，一定要根據(jù)閥值的具體分類(lèi)來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)區(qū)域分割的根本目標(biāo)。

根據(jù)以上的分析，在對(duì)圖像的閾值進(jìn)行分割的整體過(guò)程中，一定要具備如下特點(diǎn)：（1）在分割圖像的每一個(gè)子區(qū)域時(shí)，一定要在原圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并把每一個(gè)子區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合就可以形成與之對(duì)應(yīng)的原始圖像。（2）在對(duì)圖像進(jìn)行分割工作過(guò)程中，任何子區(qū)域之間都不會(huì)產(chǎn)生交集。（3）分割后的各個(gè)子區(qū)域都具有屬于自己的非常獨(dú)特的特征，也可以說(shuō)是，在同一區(qū)域內(nèi)的像素在一定程度上具有一定的共同特性。（4）每一個(gè)子區(qū)域各自的性質(zhì)都不相同，并且他們之間也沒(méi)有公共元素。（5）每一個(gè)子區(qū)域內(nèi)的各個(gè)像素之間的聯(lián)系都是十分緊密的，也就是說(shuō)，屬于同一區(qū)域內(nèi)的任意的兩個(gè)像素之間應(yīng)該是相互連通的。這就進(jìn)一步說(shuō)明了，在對(duì)圖像進(jìn)行閥值分割的過(guò)程中一定要先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)拈y值，然后在逐一對(duì)比閥值和各個(gè)像素點(diǎn)，并根據(jù)對(duì)比結(jié)果來(lái)劃分前景目標(biāo)和背景目標(biāo)。

根據(jù)上面陳述的內(nèi)容來(lái)看，F(xiàn)PGA的智能視頻信號(hào)處理技術(shù)中的閥值分割最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)就是閥值的確定，如果閥值的選擇得當(dāng)，并能夠得到準(zhǔn)確的閥值，就能夠更加快速的把目標(biāo)和背景進(jìn)行有效的分離。在準(zhǔn)確的確定分割閥值之后，就要采用并行處理的算法，來(lái)進(jìn)一步分析與比較圖像中各個(gè)像素點(diǎn)和閥值，并合理的劃分像素灰度，最后在根據(jù)相關(guān)的閥值分割結(jié)果來(lái)給出圖像區(qū)域。

4 圖像增強(qiáng)技術(shù)

圖像增強(qiáng)技術(shù)是FPGA的智能視頻信號(hào)處理過(guò)程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是最為關(guān)鍵的一個(gè)部分，并在圖像的處理與加工過(guò)程中發(fā)揮著積極不可替代的作用。圖像增強(qiáng)技術(shù)具體就是指提升對(duì)圖像目標(biāo)的識(shí)別能力，該技術(shù)最直接的作用就是在最大限度上提升圖像的可分辨度，或者是把圖像通過(guò)科學(xué)的方法把圖像合理的轉(zhuǎn)換成一種更適合利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助處理的形式。彩色圖像增強(qiáng)技術(shù)主要的內(nèi)容是指在灰度圖像增強(qiáng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)展與完善，因此就要熟練地掌握灰度圖像增強(qiáng)技術(shù)。

圖像增強(qiáng)技術(shù)主要分為兩個(gè)部分，一部分是空域處理，另外一個(gè)部分就是頻域處理。其中應(yīng)用最為廣泛的就是空域增強(qiáng)的方法?？沼蛟鰪?qiáng)法能夠在直接處理圖像像素的基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)的要求進(jìn)行圖像增強(qiáng)也就是童工圖像的空間信息（像素位置和像素值）進(jìn)行圖像增強(qiáng)。大多數(shù)情況下，由于沒(méi)有適用于圖像增強(qiáng)技術(shù)的通用理論，從而就導(dǎo)致圖像增強(qiáng)技術(shù)在面對(duì)各種各樣的對(duì)象時(shí)，要選擇十分合理的方法來(lái)進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)處理，以此來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)原始圖像在某一種特定對(duì)象的實(shí)用性。

判斷一個(gè)圖像處理系統(tǒng)的好壞最重要的一個(gè)基礎(chǔ)條件就是是否可以對(duì)圖像進(jìn)行及時(shí)、有效的處理。由于濾波器的復(fù)雜性在日常應(yīng)用過(guò)程中解決問(wèn)題的的效率較低，運(yùn)算速度較快以及事實(shí)性性較差，從而導(dǎo)致濾波器的應(yīng)用不是很常見(jiàn)。一方面，采用FPGA智能視頻信號(hào)處理技術(shù)不僅能夠有效增強(qiáng)算法，同時(shí)憑借它的優(yōu)越性也能夠有效的來(lái)彌補(bǔ)PC機(jī)算法的不足以及耗時(shí)較長(zhǎng)的缺陷。另一方面，利用FPGA智能視頻信號(hào)處理技術(shù)能夠在最大程度上實(shí)現(xiàn)與圖像增強(qiáng)算法快速提高處理器的工作效率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并有效改善系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，因此，F(xiàn)PGA的智能視頻信號(hào)處理技術(shù)具有十分高的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，基于FPGA的智能視頻信號(hào)處理與其它硬件相比，其視頻信號(hào)處理的效果更加良好，并且具有低成本、低消耗、速度快以及高信噪比等一系列的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于FPGA的智能視頻信號(hào)處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，閾值分割以及圖像增強(qiáng)是非常關(guān)鍵的兩個(gè)部分。其中效果最好的就是ALTERA公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的CYCLONE IV系列中EP4CE30F23C6這一款性能比較高的核心板，這種核心板在視頻圖像處理以及數(shù)據(jù)采集方面的實(shí)用性非常高。除此之外，F(xiàn)PGA的智能視頻信號(hào)處理技術(shù)也有利于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、無(wú)線視頻的傳輸，并能夠進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)智能信號(hào)處理技術(shù)水平的發(fā)展。

[1]李后英.基于FPGA的焊縫圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工程大學(xué),2016.

[2]馮亮.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)研究及FPGA實(shí)現(xiàn)[D].貴州大學(xué),2015.

[3]杜振宇.基于FPGA的圖像匹配技術(shù)的研究[D].中北大學(xué),2013.

[4]來(lái)海軍.基于FPGA的雙通道視頻采集與預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué),2013.

[5]符多鐸.基于FPGA的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究[D].中北大學(xué),2014.