Philips PM3335子图像提取模块的设计

　　子图像提取模块的功能可描述为：采用FPGA 器件实现，根据串行输入的黑白图像和同步信号，提取该图像中设定尺寸大小的子图像。假设输入图像大小为i * j，某一像素点的坐标位置为（X，Y），要取出子图像的大小为m * n，则用c 代码描述为：for（b=0;b《j ; b++）{for （a=0;a《i; a++）{ // 取出Xa，Yb 到 Xa+m，Yb+n 的子图像；} }

　　Philips PM3335根据系统设计的要求，线阵CCD 图像采集模块采用串行的方式输出1×1024 像素的一行图像，子图像提取模块接收该图像数据、缓冲、再输出16×16 像素的子图像。子图像提取模块的外部端口，如图1 所示。主要信号有：像素同步时钟信号CCD_CLK、像素数据CCD_DATA、当前输入像素的坐标CCD_ADDR［90］ ;另外，N_RST 和SYS_CLK 为系统提供的复位信号和处理时钟信号。其中，每个CCD_CLK 的上升沿出现时CCD_DATA 像素有效，且该像素所在的位置为CCD_ADDR［90］ 值。

　　为了实现每个Philips PM3335周期内均输出一个子图像，SYS_CLK应该为CCD_CLK 的10 倍左右。

　　本文采用“图像转置缓冲区”的方法来实现子图像提取模块。“图像转置缓冲区”是一个按行写入（更新）、按列读出的一个RAM 缓冲区。在FPGA 内部设置一个1024 个单元的RAM 缓冲区，每个单元的位宽为16bits.线阵CCD 采集模块输出的线阵图像与子图像的关系，如图2 所示。其中，第0 行表示图像的当前行，第N 行为历史行，每行有1024 个像素，按照p0 至p1023 的像素顺序输出。假设当前CCD_CLK 输入的像素为第0行的p16 像素，则其对应的16X16 子图像为图中的阴影部分。

　　“图像转置缓冲区”RAM 块存储图像的结构，如图3 所示。

　　Philips PM3335块共有1024 个单元，每个单元为16 位的宽度，可存放zui近的16 行图像数据。对比图2 和图3，可以发现，RAM 块的地址编号相当于线阵CCD 图像的某一行像素的位置，某个RAM单元的位D15 ~ D0 对应某一列的zui近16 个像素，相当于对线阵图像转置后再存放到RAM 块中。对RAM 缓冲区进行写操作时，由于线阵CCD 图像的数据是按行逐位输入的，每个CCD_CLK 时钟上升沿出现时，仅需更新RAM 缓冲区中当前像素对应的比特，因此在逻辑上是根据图像按行写入RAM 区的。在FPGA器件中，可设计一个状态机来实现“图像转置缓冲区”的读写操作，如图4 所示。

　　Philips PM3335子图像提取模块输出的子图像有256 个像素，在FPGA 内部通过寄存器暂存上一个输出的子图像；当更新RAM 区的某个像素时，把16X16 的滑动窗口向右移动一列像素的位置，把滑动窗口内的数据作为输出，就可以得到新的子图像。

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