FPGA实现的视频图像预处理系统：中值滤波与边缘检测

"基于FPGA的视频图像预处理系统的设计与实现" 本文主要探讨了如何利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）技术设计并实现一个视频图像预处理系统，重点在于3x3中值滤波器和边缘检测算法的硬件实现。作者刘文英在天津师范大学攻读硕士期间，由导师武津城指导，研究了如何解决视频图像处理中的速度和效率问题。 在高分辨率视频发展背景下，数据处理量剧增，实时图像采集和处理变得至关重要。传统的软件处理方式在处理大量数据时速度慢、效率低，而FPGA的并行处理能力恰好可以满足这一需求，提供高性能、灵活性和低成本的解决方案。FPGA的可编程特性使其能够适应不断更新的算法，并在产量提高后实现低成本移植。 论文的硬件架构包括多个模块，如视频图像采集与转换模块、视频格式转换模块、图像存储模块、图像处理模块、D/A转换模块以及视频显示模块。其中，图像处理模块包含了滤波和边缘检测两个关键部分。 对于滤波，针对椒盐噪声的特点，作者提出了一种改进的中值滤波算法，仅对噪声点进行滤波，以提高处理效率。这种改进算法在FPGA上实现，利用其并行处理能力，减少了滤波时间。同时，还讨论了如何实现这种快速的中值滤波算法，这是论文的核心创新点。 在边缘检测方面，采用了LOG算子进行，LOG（Laplacian of Gaussian）算子是一种常用的边缘检测方法，能够有效识别图像的边缘特征。此外，论文还介绍了如何在FPGA上实现卷积操作，进一步强化了边缘检测功能。 为了提升处理速度，设计中采用了“乒乓操作”、“并行处理”和“流水线技术”。乒乓操作利用双缓冲来交替处理输入和输出，提高数据吞吐量；并行处理则利用FPGA的并行性，同时处理多个像素；流水线技术将处理过程划分为多个阶段，每个阶段独立工作，减少了等待时间。 在Xilinx的Virtex II Pro开发平台上，作者使用ISE 9.1进行逻辑电路设计，并在ModelSim中进行仿真验证。之后在EDK环境中构建了完整的视频图像预处理系统，设计并实现了自定义的图像处理IP核，成功地完成了系统的构建。 经过调试和验证，该设计的图像处理系统能有效地处理视频图像，对于FPGA在实时图像处理领域的应用，特别是在模式识别和监控系统等方面具有积极意义。关键词包括FPGA、视频图像处理、中值滤波以及流水线技术。