Буфер строк

Хранить видеопостроки и возвращать соседние пикселы

Библиотека:
Панель инструментов/утилит HDL Vision

Описание

Блок линейного буфера выбирает пиксели окрестности из данных потокового изображения. Он управляет сигналами управления видео и дополнением краев и конвейерно предназначен для высокоскоростного видео. Блок выводит один столбец окрестности за один раз. Чтобы составить окрестность для дальнейшей обработки, используйте сигнал sheyEnable для сохранения выходных столбцов, включая заполнение, в сдвиговом регистре. Этот блок позволяет совместно использовать ресурсы буфера строк, когда проект выполняет несколько операций в одном и том же районе.

Следующая форма сигнала показывает блок линейного буфера, возвращающий столбцы пикселей 5 на 1, которые составляют окрестность 5 на 5. Показанный временной интервал находится в начале (верхнем левом углу) входного кадра. Вывод начинается после сохранения блоком двух (floor(M/2)) строки и получает начало третьей строки. Сигнал sheyEnable устанавливается на два цикла раньше, чем выходной ctrl.valid сигнал, указывающий, что первые два (floor(M/2)) столбцы являются исключительно заполняющими пикселями. Аналогично, параметр shireEnable остается высоким в течение двух дополнительных циклов в конце строки.

Порты

Этот блок использует потоковый пиксельный интерфейс с шиной для сигналов управления кадрами. Этот интерфейс позволяет блоку работать независимо от размера и формата изображения. Пиксельные порты в этом блоке поддерживают потоковую или многопиксельную потоковую передачу. Потоковая передача одного пикселя принимает и возвращает одно значение пикселя за каждый тактовый цикл. Multipixel streaming принимает и возвращает 4 или 8 пикселей за тактовый цикл для поддержки форматов с высокой частотой кадров или высоким разрешением. Вместе с пикселем блок принимает и возвращает pixelcontrol шину, которая содержит пять сигналов управления. Сигналы управления указывают достоверность каждого пикселя и его местоположение в кадре. Для многопиксельной потоковой передачи один набор управляющих сигналов применяется ко всем четырем или восьми пикселям в векторе. Чтобы преобразовать кадр (матрицу пикселей) в последовательный поток пикселей и управляющие сигналы, используйте блок «От кадра к пикселям». Полное описание интерфейса см. в разделе Потоковый пиксельный интерфейс.

Вход

развернуть все

`pixel` - Входной пиксель или мультипиксельный вектор
скаляр | вектор

Этот блок поддерживает потоковую передачу одного пикселя или многопиксельную потоковую передачу. Для потоковой передачи одного пикселя укажите один входной пиксель в качестве значения скалярной интенсивности. Для многопиксельной потоковой передачи задайте вектор из четырех или восьми значений интенсивности пикселей. Дополнительные сведения о настройке модели для многопиксельной потоковой передачи см. в разделе Фильтрация многопиксельных видеопотоков.

Этот блок не поддерживает многокомпонентную потоковую передачу. Для обработки многокомпонентных потоков реплицируйте блок для каждого компонента. pixelcontrol шина для всех компонентов идентична, поэтому можно подключить одну шину к нескольким реплицированным блокам.

double и single типы данных поддерживаются для моделирования, но не для генерации кода HDL.

`ctrl` - Управляющие сигналы, связанные с потоком пикселей
`pixelcontrol` автобус

pixelcontrol шина содержит пять сигналов. Сигналы описывают достоверность пикселя и его местоположение в кадре. Дополнительные сведения см. в разделе Шина управления пикселами.

Для многопиксельной потоковой передачи каждый вектор значений пикселей имеет один набор управляющих сигналов. Потому что вектор имеет только один valid , пикселы в векторе должны быть либо все допустимыми, либо все недопустимыми. hStart и vStart сигналы применяются к пикселю с самым низким индексом в векторе. hEnd и vEnd сигналы применяются к пикселю с самым высоким индексом в векторе.

Типы данных: bus

Продукция

развернуть все

`pixel` - Колонна окрестностей
вектор столбца | матрица

Столбец значений пикселя окрестности, возвращаемый как вектор 1-by-M, где М - вертикальная размерность окрестности. При использовании многопиксельной потоковой передачи блок возвращает матрицу NumberOfPixels-by-M, где NumberOfPixels - размер входного пиксельного вектора. Тип данных выходного пикселя совпадает с типом данных входных пикселей.

Чтобы составить окрестность для дальнейшей обработки, используйте сигнал sheyEnable для сохранения выходных столбцов для каждой области ядра, включая заполнение, в сдвиговом регистре. Для многопиксельной потоковой передачи используйте регистры сдвига для построения областей NumberOfPixels, каждый из которых имеет N-by-M пикселей, а затем выполните операцию ядра NumberOfPixels раз параллельно.

Примечание

Генерация кода HDL поддерживается для небольших матриц, но матричные операции могут повлиять на производительность оборудования и использование ресурсов. Поэтому сведите к минимуму, насколько ваша конструкция работает непосредственно в районе N-by-M. Вы можете:

Разделите фильтр на вертикальные и горизонтальные компоненты.
Соедините соседние пикселы в вектор (N * M) -by-1.
Используйте подсистему Для каждой (For Each) для хранения и работы с каждой строкой пикселя.

Эти предложения по проектированию предоставляют возможность добавления конвейерной обработки вокруг каждого сумматора или умножителя для увеличения тактовой частоты синтезированного сигнала и подгонки конструкции к блокам DSP на FPGA.

`ctrl` - Управляющие сигналы, сопровождающие выходную колонку
`pixelcontrol` автобус

Управляющие сигналы, сопровождающие выходной столбец, возвращаемые в виде pixelcontrol шина, содержащая пять сигналов. Сигналы описывают достоверность центрального пикселя столбца и местоположение этого пикселя в кадре. См. раздел Шина управления пикселами.

Столбцы, содержащие только пиксели заполнения, не задают ctrl.valid. Сигнал sheyEnable устанавливается как для заполняющих, так и для активных столбцов.

Примечание

Для большей части кадра блок возвращает входные управляющие сигналы, поступившие с нижним пикселем столбца. Однако к финалу floor(M/2) строки каждого кадра, нижний пиксель столбца является пикселем заполнения, так что блок генерирует выходные сигналы управления. Блок генерирует непрерывное нажатие клавиши Ctrl.valid сигнал для допустимых пикселов в каждой строке.

Для многопиксельной потоковой передачи имеется один набор управляющих сигналов для каждого вектора значений пикселей. Так как есть только один valid сигнал для вектора, пиксели в векторе являются либо допустимыми, либо недопустимыми. hStart и vStart сигналы применяются к пикселю с самым низким индексом в векторе. hEnd и vEnd сигналы применяются к пикселю с самым высоким индексом в векторе.

Типы данных: bus

`shiftEnable` - Действительный сигнал для соседнего столбца
скаляр

Допустимый сигнал для столбцов окрестности, возвращаемый как Boolean скаляр. Этот сигнал используется для управления сдвиговым регистром, составляющим окрестность из выходных столбцов. Этот сигнал true (1) для любого столбца окрестности, указывающего, что столбец содержит допустимые пикселы изображения или что столбец был добавлен для заполнения края.

Типы данных: Boolean

Параметры

развернуть все

`Neighborhood size` - Размер выходной окрестности
`[3 3]` (по умолчанию) | 2-элементный вектор строки целочисленных размеров

Размер формируемой выходной окрестности, определяемый как 2-элементный вектор строки целочисленных размеров [вертикальная горизонталь]. Блок возвращает вектор столбца из вертикальных элементов. Горизонтальный размер используется для определения заполнения.

`Padding method` - Способ заполнения границы входного изображения
`Symmetric` (по умолчанию) | `Constant` | `Replicate` | `None`

Выберите один из этих методов заполнения границы входного изображения. Дополнительные сведения об этих методах см. в разделе Заполнение кромок.

Constant - Интерпретировать пикселы вне кадра изображения как имеющие постоянное значение.
Replicate - повторять значение пикселов на краю изображения.
Symmetric - Задайте значение пикселов заполнения для отражения края изображения.
None - Исключить логику заполнения. Блок не устанавливает для пикселов вне кадра изображения какое-либо конкретное значение. Эта опция уменьшает аппаратные ресурсы, используемые блоком, и блокирование, требуемое между кадрами, но влияет на точность выходных пикселей на краях кадра. Для поддержания синхронизации потока пикселей выходной кадр имеет тот же размер, что и входной кадр. Однако, чтобы избежать использования пикселов, вычисленных из неопределенных значений заполнения, маскируйте KernelSize/2 пикселы вокруг края кадра для выполнения нисходящих операций. Дополнительные сведения см. в разделе Увеличение пропускной способности при отсутствии заполнения.

`Padding value` - Значение, используемое для наложения границы входного изображения
`0` (по умолчанию) | целое число

Укажите целое число для наложения границы входного изображения. Блок приводит это значение к тому же типу данных, что и входной пиксель.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Padding method значение Constant.

`Line buffer size` - Размер буфера линейной памяти
`2048` (по умолчанию) | положительное целое число

Укажите степень два, которая соответствует количеству активных пикселов в одной горизонтальной строке.

Если указано значение, которое не является степенью два, блок использует следующую наибольшую степень два.

Примеры модели

Создание фильтра с помощью буфера строк

Блок «Буфер линий» используется для извлечения окрестностей из изображения для дальнейшей обработки. Модель создает разделяемый гауссов фильтр.

Фильтровать многопиксельные видеопотоки

Проектирование фильтров, работающих на многопиксельном входном видеопотоке. Использование многопиксельной потоковой передачи для обработки видео с высоким разрешением или высокой частотой кадров с той же тактовой частотой, что и потоковый интерфейс с одним пикселем. Многопиксельная потоковая передача также повышает скорость и пропускную способность моделирования, поскольку для обработки каждого кадра требуется меньше итераций, сохраняя при этом аппаратные преимущества потокового интерфейса.

Увеличение пропускной способности при отсутствии дополнений

Сократите задержки и сэкономьте аппаратные ресурсы, не добавляя пиксели заполнения на краю каждого кадра.

Совет

При использовании этого блока в разрешенной подсистеме (Simulink) шаблон разрешенного сигнала должен поддерживать синхронизацию потока пикселей, включая минимальные интервалы гашения. Если шаблон включения искажает синхронизацию потока пикселей, могут появиться частичные выходные кадры, поврежденные сигналы управления потоком пикселей или несоответствия между результатами моделирования Simulink ® и HDL. Возможно, потребуется увеличить интервалы гашения, чтобы выдержать циклы при низком значении параметра enable. Дополнительные сведения см. в разделе Настройка интервалов гашения.

Алгоритмы

развернуть все

Блок хранит М - 1 строки допустимых пикселей, как определено размером окрестности. Он добавляет биты заполнения на краю кадра. Блок возвращает первый выходной столбец, как только он может сформировать полный столбец окрестности, что происходит в начале входной строки floor(M/2).

Работа

Эти данные о ресурсах и производительности представляют собой результаты синтеза генерируемого HDL, предназначенного для Xilinx ® ^Zynq ® -7000 ZC706 FPGA. Результаты синтеза получали с использованием Xilinx ^Vivado ® 2017.4. Блок линейного буфера конфигурируется с симметричным заполнением и размером линейного буфера2048. В таблице показаны как нечётные, так и чётные размеры окрестностей.

	Ядро 5 на 5	Ядро 6 на 6
Тактовая частота	300 МГц, 0,5 slack	300 МГц, провисание 0,31
LUT	647	790
Регистры среза	1452	1844
БАЗИСНЫЙ БИБЛИОТЕЧНЫЙ МЕТОД ДОСТУПА	4	5

Время ожидания

Примечание

При использовании заполнения краев используйте интервал горизонтального гашения, превышающий вдвое ширину ядра. Этот интервал позволяет блоку завершить обработку одной строки, прежде чем он начнет обработку следующей строки, включая добавление пикселов заполнения до и после активных пикселов в строке. Стандартные форматы потокового видео используют интервал горизонтального гашения около 25% ширины кадра. Этот интервал намного больше, чем фильтры, применяемые к каждому кадру. При отключении заполнения краев интервал горизонтального гашения должен быть не менее 12 циклов и не зависит от размера ядра. Если используется пользовательский формат видео, установите интервал горизонтального гашения с помощью параметров блока «От кадра до пикселов». Интервал горизонтального гашения равен сумме пикселей на строку - активным пикселям на строку или, что эквивалентно, передней части + задней части. Дополнительные сведения см. в разделе Настройка интервалов гашения.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

Этот блок поддерживает генерацию кода C/C + + для режимов ускорения Simulink и быстрого ускорения, а также для генерации компонентов DPI.

Создание кода HDL
Создание кода Verilog и VHDL для проектов FPGA и ASIC с использованием Coder™ HDL.

HDL Coder™ предоставляет дополнительные опции конфигурации, которые влияют на реализацию HDL и синтезированную логику.

Архитектура HDL

Этот блок имеет единую архитектуру HDL по умолчанию.

Свойства блока HDL

ConstrainedOutputPipeline	Количество регистров для размещения на выходах путем перемещения существующих задержек в рамках проекта. Распределенная конвейерная обработка не перераспределяет эти регистры. Значение по умолчанию: `0`. Дополнительные сведения см. в разделе ConstrainedOutputPipeline (кодер HDL).
InputPipeline	Количество входных ступеней трубопровода для вставки в сформированный код. Распределенная конвейерная обработка и конвейерная обработка с ограниченным выходом могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию: `0`. Дополнительные сведения см. в разделе InputPipeline (кодер HDL).
OutputPipeline	Количество выходных ступеней трубопровода для вставки в сформированный код. Распределенная конвейерная обработка и конвейерная обработка с ограниченным выходом могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию: `0`. Дополнительные сведения см. в разделе Выходной конвейер (кодер HDL).

Документация

Буфер строк

Описание

Порты

Вход

`pixel` - Входной пиксель или мультипиксельный вектор
скаляр | вектор