南京邮电大学电子与光学工程学院 张 壮

0.引言

在计算机视觉和图像处理领域中，图像预处理起着重要的作用，其预处理效果直接影响整个系统性能。图像滤波是图像预处理中关键的环节，常见的滤波处理有线性滤波中的均值滤波、高斯滤波以及非线性中的中值滤波等。对于滤波处理而言，采用FPGA实现需要考虑滤波窗口的获取。由于图像一般是逐行扫描的，必须对图像数据进行串入并出，从而得到图像处理窗口[1]。假设窗口为3*3大小，需要处理9个像素点。在FPGA中，如果采用外部存储器来获取9个像素需要9个时钟周期。对于整幅图像处理，将花费大量的时钟周期，处理速度大大降低。要解决这个瓶颈，应该考虑使用寄存器、FIFO等缓冲器进行图像数据的存储，即只对有用的数据进行保存，而丢弃无用的数据[2]。

一般采集的图像会受到各种噪声的干扰，如：高斯白噪声、椒盐噪声和脉冲噪声等。在不同环境下，噪声也不尽相同，需要多种图像滤波来抑制不同的噪声。鉴于此，采用Xilinx公司推出的高层次综合工具Vivado HLS进行开发。该工具能将多种图像预处理封装在一个IP核中，相对于采用FPGA实现多种图像预处理而言，它不需要设计多个IP核，具有功能集成性高、工程内部的连线复杂度较低、对于单个IP核只需要设计一套软件驱动等优点。在一定层度上，HLS大大加速了IP核的创建[3]，解决了FPGA开发所带来的问题。文中基于Vivado HLS进行图像预处理IP核的设计，主要实现了均值滤波、高斯滤波和中值滤波。……