Question

我目前正在尝试用VHDL开发Sobel滤波器。我正在使用存储在BRAM中的640x480图片。该算法使用图像的3×3像素矩阵来处理每个输出像素。我的问题是我目前只知道将图像放入BRAM，其中BRAM的每个地址都包含一个像素值。这意味着我每个时钟只能读取一个像素。我的问题是我正在尝试传输数据，所以理想情况下我需要能够每个时钟获得三个像素值（图片的每一行一个），所以在我的初始延迟后，我可以加载三个新的像素值时钟并在每个时钟上获得一个输出像素。我正在寻找一种方法来做到这一点，但无法弄明白。

我能想到解决这个问题的唯一方法就是将图像放在3个BRAM中。这样我就可以读取每个时钟周期3行的值。但是，没有足够的内存空间来容纳一个足够大的RAM以适应640x480图像，更不用说三个。我可以通过这种方式降低图片大小，但我真的想用我当前的640x480图片大小来做。

非常感谢任何帮助或指导。

Answer 1

一个简单的解决方案是将图像的1/4存储在4个独立的存储器中。第一个存储器包含每4行，第4行每秒，从第2行开始，等等。即使你需要3行，我也会使用4，因为4平均分为480和其他所有标准分辨率。此外，找到模4的二进制数是微不足道的，这是订购存储器所必需的。

您可以使用行号的MSB来寻址您的RAM，并使用LSB来计算每个RAM输出的相对顺序（代码仅用于演示想法，它不可用... ）：

address <= line(line'left downto 2) & col; -- Or something more efficent on packing
data0 <= ram0(address);
data1 <= ram1(address);
data2 <= ram2(address);
data3 <= ram3(address);

case line(1 downto 0) is
    when "00" =>
        line0 <= data0;
        line1 <= data1;
        line2 <= data2;
    when "01" =>
        line0 <= data1;
        line1 <= data2;
        line2 <= data3;
    when "10" =>
        line0 <= data2;
        line1 <= data3;
        line2 <= data0;
    when "11" =>
        line0 <= data3;
        line1 <= data0;
        line2 <= data1;
    when others => null;
end case;

Answer 2

几年前我做了一个索贝尔过滤器。为此，我写了一个在每个时钟周期给出9个像素的管道：

architecture rtl of matrix_3x3_builder_8b is
type fifo_t is array (0 to 2*IM_WIDTH + 2) of std_logic_vector(7 downto 0);
signal fifo_int : fifo_t;

begin    

    p0_build_5x5: process(rst_i,clk_i)
    begin
        if( rst_i = '1' )then
            fifo_int <= (others => (others => '0'));
        elsif( rising_edge(clk_i) )then
             if(data_valid_i = '1')then
                for i in 1 to 2*IM_WIDTH + 2 loop
                    fifo_int(i) <= fifo_int(i-1);
                end loop;           
                fifo_int(0) <= data_i;  
            end if;
        end if;
    end process p0_build_5x5;

data_o1 <= fifo_int(0*IM_WIDTH + 0);
data_o2 <= fifo_int(0*IM_WIDTH + 1);
data_o3 <= fifo_int(0*IM_WIDTH + 2);
data_o4 <= fifo_int(1*IM_WIDTH + 0);
data_o5 <= fifo_int(1*IM_WIDTH + 1);
data_o6 <= fifo_int(1*IM_WIDTH + 2);
data_o7 <= fifo_int(2*IM_WIDTH + 0);
data_o8 <= fifo_int(2*IM_WIDTH + 1);
data_o9 <= fifo_int(2*IM_WIDTH + 2);

end rtl;

在这里，您逐个像素地读取图像以构建3x3矩阵。管道填充时间较长，但一旦完成，每个时钟脉冲都会有一个新的矩阵。

Answer 3

如果你想继续存储整个图像，那么我会按照Jonathan Drolet的建议，在四个公羊之间循环，同时写入并同时读取所有4个（将你关注的三个复用到3个寄存器中）。这是有效的，因为你的公羊足够深，你仍然可以在1/4深度（仍然是77k深度）获得完整的BRAM利用率，并且你的读数可以预测为分段。

对于这个问题的细节，Nicolas Roudel的方法对于BRAM来说要便宜得多，尽管你不能同时存储整个图像，所以无论你发送什么结果你的结果都不能反压你，除非你可以反压你的数据源。这对您的申请可能有影响，也可能无关紧要。

当你尝试用非常宽但相当浅（1k深）的rams分段来做这样的事情时，会使用更多的块ram（甚至开始推断分布式ram）。当读取不遵循特定模式时（在您的情况下，模式是它们都是顺序和相邻位置），ram不能被分段。保持高效BRAM使用的最佳策略通常是通过使用与正常时钟相位对齐的2倍时钟为本机双端口块RAM构建四端口RAM，允许您每1x时钟进行一次写入和3次读取周期。

VHDL中的图像处理流水线技术

3 个答案: