圖3 Ping-Pong雙緩沖處理技術(shù)

    至于如何在Ping-Pong雙緩沖數(shù)據(jù)傳輸機制中設(shè)計和安排傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)塊，則必須考慮針對圖像旋轉(zhuǎn)本身的特點，設(shè)計出具體的適用于旋轉(zhuǎn)算法的DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略。
3 旋轉(zhuǎn)算法的DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略
    旋轉(zhuǎn)算法的數(shù)據(jù)調(diào)度目的是使算法能夠按照一定的規(guī)則，將源圖像數(shù)據(jù)有規(guī)律地分塊，并按次序分別傳輸?shù)紻SP片內(nèi)存儲器中，完成計算后，形成視口圖像塊，再將視口圖像塊按同樣的順序進行排列，形成旋轉(zhuǎn)后的視口圖像。整個過程要求調(diào)入和調(diào)出的圖像數(shù)據(jù)均是規(guī)則分塊的，并且調(diào)入的源圖像塊中應(yīng)該包含計算視口圖像塊的過程中所需要的全部像素數(shù)據(jù)，尤其需要解決其中的大量非連續(xù)圖像像素地址訪問問題，這樣才能正確地發(fā)揮DSP EDMA和Ping-Pong雙緩沖技術(shù)的性能。
3.1 非連續(xù)像素地址訪問
    Ping-Pong雙緩沖數(shù)據(jù)傳輸機制中圖像數(shù)據(jù)塊在片內(nèi)、片外存儲空間的傳輸，主要依靠EDMA設(shè)置，在后臺進行二維數(shù)據(jù)傳輸。Ping-Pong雙緩沖數(shù)據(jù)傳輸機制下的EDMA的數(shù)據(jù)傳輸要求待傳輸?shù)膱D像塊具有統(tǒng)一的規(guī)律，即每次旋轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)的傳輸過程不應(yīng)該因旋轉(zhuǎn)角度的變化而改變。
    但是，旋轉(zhuǎn)后的視口圖像像素的地址排列與其在源圖像中的不同，不再具有連續(xù)的地址變化特征，并且視口圖像的像素地址在源圖像中的排列關(guān)系隨旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化，沒有固定的規(guī)律，給Ping-Pong雙緩沖數(shù)據(jù)傳輸機制下的EDMA的數(shù)據(jù)傳輸操作帶來很大困難，從而導(dǎo)致對源圖像塊的大量非連續(xù)像素地址訪問的問題。該問題是圖像旋轉(zhuǎn)本身所特有的，如果得不到很好解決，Ping-Pong雙緩沖數(shù)據(jù)傳輸機制就無法發(fā)揮作用，旋轉(zhuǎn)算法的實際DSP執(zhí)行效率也就得不到真正的提高。因此，實現(xiàn)滿足調(diào)入/調(diào)出圖像塊關(guān)系的數(shù)據(jù)調(diào)度就成為實現(xiàn)高效圖像旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。
3.2 旋轉(zhuǎn)算法的DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略
    本文提出的基于視口圖像塊覆蓋的源圖像數(shù)據(jù)分塊及其調(diào)度策略的思想是實現(xiàn)源圖像及視口圖像按塊處理，源圖像塊的范圍覆蓋視口圖像塊，且易于在源圖像塊內(nèi)進行像素數(shù)據(jù)訪問尋址，使源圖像塊內(nèi)像素地址變化具有連續(xù)的特征，以充分發(fā)揮出DSP EDMA的效率，并滿足Ping-Pong數(shù)據(jù)流程的規(guī)律性。旋轉(zhuǎn)算法DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略示意圖分別如圖4和圖5所示，其要點如下（以視口順時針旋轉(zhuǎn)為例）：
    (1)視口輸出圖像分塊
    如圖4(a)所示，將視口圖像分成矩形塊，作為每次旋轉(zhuǎn)運算的基本單位，圖像塊之間依次排列。
    (2)源圖像塊的取法
    如圖4(b)所示，每個源圖像塊對應(yīng)一個視口圖像塊，源圖像塊的尺寸取為視口圖像塊尺寸的4倍（如視口塊尺寸為20×20像素，則源圖像塊就取為40×40像素），且源圖像塊的上邊框中點與相應(yīng)的視口圖像塊旋轉(zhuǎn)后的左上角頂點對應(yīng)，這樣可保證順時針旋轉(zhuǎn)角度在0°～90°之間的任意情況下，源圖像塊始終覆蓋其對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)后的視口圖像塊。

    (3)兩圖像塊頂點地址對應(yīng)關(guān)系
    設(shè)第N個源圖像塊為f_N(x，y)，旋轉(zhuǎn)后的視口圖像塊為f′_N(x，y)，則源圖像塊的頂點局部坐標地址值與旋轉(zhuǎn)后視口圖像塊的頂點局部坐標地址值之間的對應(yīng)關(guān)系為：

其中width指源圖像塊的寬度。
    視口逆時針旋轉(zhuǎn)的情況與此類似（如圖5所示）。區(qū)別有以下兩點：
    ①源圖像塊的左邊框中點與相應(yīng)的視口圖像塊旋轉(zhuǎn)后的左上角頂點對應(yīng)；
    ②源圖像塊的頂點局部坐標地址值與視口圖像塊的頂點局部坐標地址值之間的對應(yīng)關(guān)系式應(yīng)為：
   

其中height指源圖像塊的高度。

    (4)圖像塊的調(diào)度
    由式(3)或式(4)計算出將要從源圖像中取出的對應(yīng)規(guī)則圖像塊的左上角頂點坐標(即源圖像塊的起始地址)，然后用EDMA的二維數(shù)據(jù)傳輸將其調(diào)入片內(nèi)L2 SRAM中�？梢钥闯�，源圖像塊不再隨旋轉(zhuǎn)角度的變化而傾斜，其內(nèi)部像素的排列存在固定規(guī)律，像素地址具有連續(xù)變化的特征，故可使Ping-Pong雙緩沖數(shù)據(jù)傳輸機制下的EDMA二維數(shù)據(jù)傳輸順利進行。
    這種基于視口圖像塊覆蓋的旋轉(zhuǎn)算法DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略有效地解決了圖像旋轉(zhuǎn)中大量非連續(xù)像素地址訪問的問題，體現(xiàn)了空間換時間的思想，通過充分利用EDMA的高效數(shù)據(jù)傳輸，保證了整個旋轉(zhuǎn)處理的高速運算節(jié)奏。
4 實驗及其結(jié)果
    實驗采用自行研制的高分辨率圖像處理平臺，以TMS320DM642芯片為主處理芯片，時鐘為600MHz，片外為64MB SDRAM。實驗中源圖像通過調(diào)試JTAG口輸入，旋轉(zhuǎn)后的視口圖像結(jié)果從VPORT口經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，以VGA信號輸出。實驗分別實現(xiàn)兩種尺寸（400×400像素和1024×768像素）的視口圖像旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)的源圖像數(shù)據(jù)分別為1024×768像素和1920×1920像素的BMP格式的數(shù)字地圖圖像，采用0.005弧度旋轉(zhuǎn)角度遞增間隔，對分別采用式(1)的傳統(tǒng)像素逐點矩陣相乘方法、基于圖像線性存儲結(jié)構(gòu)方法以及基于本文數(shù)據(jù)調(diào)度策略的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的線性存儲結(jié)構(gòu)方法三種實現(xiàn)方式進行對比，分別統(tǒng)計其平均每幀運行時間并轉(zhuǎn)換成幀率，其結(jié)果如表1所示。

    從實驗結(jié)果可以看出，基于圖像線性存儲結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)算法比傳統(tǒng)的逐點相乘法的確在運算量上有了大幅度削減，因而有效地提高了旋轉(zhuǎn)速度，但其仍然滿足不了實際大圖像旋轉(zhuǎn)的實時性要求。通過采用本文提出的數(shù)據(jù)調(diào)度策略對算法結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)調(diào)度進行優(yōu)化后，算法的DSP執(zhí)行效率得到了顯著提高，可以滿足對DSP大圖像旋轉(zhuǎn)的實時性要求。
    本文結(jié)合TMS320DM642的性能結(jié)構(gòu)特點,針對圖像旋轉(zhuǎn)算法在DSP平臺上具體實現(xiàn)過程中存在的嚴重影響DSP CPU效率發(fā)揮的大量非連續(xù)圖像像素地址訪問的問題，提出了切實有效的基于視口圖像塊覆蓋的DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略;對算法的結(jié)構(gòu)流程、數(shù)據(jù)調(diào)度等進行了優(yōu)化調(diào)整，并在此基礎(chǔ)上，在TI TMS320DM642 DSP上實現(xiàn)了一種實時高質(zhì)量大圖像旋轉(zhuǎn)方案。實驗表明，本文提出的適用于圖像旋轉(zhuǎn)算法的DSP數(shù)據(jù)調(diào)度策略，保證了DSP大圖像旋轉(zhuǎn)的實時性，達到了實用性要求。
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