一种基于FPGA的图像数据高速传输方法及系统与流程

本发明涉及数据图像处理，具体涉及一种基于fpga的图像数据高速传输方法及系统。

背景技术：

1、图像视频相较于语音音频、文字符号等记录方式能够包含和承载更多的信息量，可以更加直观、准确和高效的承担数据传输任务，确保信息的高效传递。随着超大规模集成电路的迅猛发展以及相关的软件算法日趋成熟，其中现场可编程门阵列（fpga）具有开发周期短、数据保密性良好、集成度高、功耗低的优良性质特点，成为图像视频信息传输过程中的首要选择。

2、由于图像视频相较于语音音频、文字符号等信息记录方式，图像视频所包含的信息总量相对较大，因此图像视频中也会存在较多的无效冗余信息，此时在图像数据信息传输过程中，较多的无效冗余信息会严重阻碍图像数据传输处理效率，对信息实时接收处理过程造成较大的阻碍和影响。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于fpga的图像数据高速传输方法及系统，以解决传统图像重构算法在fpga图像高速传输过程中由于图像冗余信息较多导致的图像数据传输效率较低的问题，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明一个实施例提供了一种基于fpga的图像数据高速传输方法，该方法包括以下步骤：

3、获取不同时刻处视频图像帧数据序列流不同图像帧数据；

4、获取不同时刻处不同图像帧的局部结构窗口，根据局部结构窗口计算不同图像帧的内容结构复杂系数；

5、根据不同图像帧的内容结构复杂系数计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的帧间结构冗余数值，根据帧间结构冗余数值计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数，根据不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数获取图像冗余协方差矩阵；

6、根据不同时刻处图像冗余协方差矩阵获取图像关键特征个数，根据图像关键特征个数获取去冗图像，根据去冗图像完成fpga图像数据的高速传输；

7、所述根据局部结构窗口计算不同图像帧的内容结构复杂系数的方法为：

8、

9、上式中，表示了时刻t处第i个视频图像帧中像素点总个数，表示了高斯分布函数，表示了两个不同像素点之间的欧式距离函数，，分别表示了第i个视频图像帧中心c和第k个位置处的像素点，，分别表示了第i个视频图像帧中心c和第k个像素点位置处的纹理特征数值，表示了时刻t处第i个视频图像帧的内容结构复杂系数的数值大小；

10、所述根据不同图像帧的内容结构复杂系数计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的帧间结构冗余数值的方法为：

11、

12、上式中，，分别表示了时刻t位置处视频图像帧数据序列流中不同视频图像帧内容结构复杂系数的最大值和最小值，表示了视频图像帧数据序列流中所有不同视频图像帧的总个数，k表示了视频图像帧数据序列流中视频图像下标，表示了时刻t处第k个视频图像帧的内容结构复杂系数的数值大小，表示了时刻t位置处视频图像帧数据序列流中不同视频图像帧内容结构复杂系数的均值大小，表示了时刻t位置处视频图像帧数据序列流的帧间结构冗余数值的大小。

13、优选地，所述获取不同时刻处不同图像帧的局部结构窗口的方法为：

14、以不同时刻处视频图像帧数据序列流中不同图像所有像素点为中心构建得到预设大小的局部窗口区域，将预设大小的局部窗口区域记为局部结构窗口。

15、优选地，所述根据帧间结构冗余数值计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数的方法为：

16、将不同时刻处视频图像数据序列流中两个图像作为光流算法的输入，将算法输出结果记为光流特征数值，将光流特征数值不同时刻帧间结构冗余数值的乘积记为第一乘积，将第一乘积的归一化结果记为运动冗余系数。

17、优选地，所述根据不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数获取图像冗余协方差矩阵的方法为：

18、将不同时刻处运动冗余系数与视频图像帧数据序列流中不同图像的乘积记为图像冗余协方差矩阵。

19、优选地，所述根据不同时刻处图像冗余协方差矩阵获取图像关键特征个数方法为：

20、将不同时刻处图像冗余协方差矩阵作为矩阵特征值分解算法的输入，获取得到图像冗余协方差矩阵所有不同的特征值，将所有不同特征值作为异常跳变点检测算法的输入，将所有不同特征值跳变个数记为图像关键特征个数。

21、优选地，所述根据图像关键特征个数获取去冗图像的方法为：

22、将图像关键特征个数以外其余特征值赋值为数字零，利用时刻t处视频图像帧数据序列流中所有非零特征值对应的特征向量进行图像重构，将重构后的图像记为去冗图像。

23、优选地，所述根据去冗图像完成fpga图像数据的高速传输的方法为：

24、将去冗图像作为图像传输软件程序的输入，实现视频图像数据在高速接口和存储接口之间的高速传输。

25、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于fpga的图像数据高速传输系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。

26、本发明的有益效果是：

27、本发明首先根据不同时刻处视频图像帧数据序列流中不同图像帧数据局部结构窗口计算得到视频图像帧的内容结构复杂系数大小，通过内容结构复杂系数对视频图像数据序列流中不同帧图像内部像素点纹理结构特征的冗余性进行表征计算，避免传统纹理特征计算过程中没有考虑图像像素点之间空间距离导致的纹理冗余特征提取表征效果较差的缺陷。同时，本发明结合不同时刻处视频图像之间结构特点计算得到帧间结构冗余数值，并进一步利用物体光流特征数值计算运动冗余系数，有效地反映了由于物体在视频中运动不明显导致帧间冗余数据信息。进一步地，本发明结合运动冗余系数构建得到图像冗余协方差矩阵，并利用协方差矩阵的特征值数值异常跳变情况对图像中的冗余信息进行去除，有效地消除了原始视频图像中的无效冗余信息，提高了fpga图像传输的速率。

技术特征：

1.一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，所述获取不同时刻处不同图像帧的局部结构窗口的方法为：

3.根据权利要求1所述的一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，所述根据帧间结构冗余数值计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数的方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，所述根据不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数获取图像冗余协方差矩阵的方法为：

5.根据权利要求4所述的一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，所述根据不同时刻处图像冗余协方差矩阵获取图像关键特征个数方法为：

6.根据权利要求5所述的一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，所述根据图像关键特征个数获取去冗图像的方法为：

7.根据权利要求6所述的一种基于fpga的图像数据高速传输方法，其特征在于，所述根据去冗图像完成fpga图像数据的高速传输的方法为：

8.一种基于fpga的图像数据高速传输系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及数据图像处理技术领域，提出了一种基于FPGA的图像数据高速传输方法及系统，包括：获取不同时刻处视频图像帧数据序列流不同图像帧数据；获取局部结构窗口，计算不同图像帧的内容结构复杂系数；计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的帧间结构冗余数值，根据帧间结构冗余数值计算不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数，根据不同时刻处视频图像帧数据序列流的运动冗余系数获取图像冗余协方差矩阵；根据不同时刻处图像冗余协方差矩阵获取图像关键特征个数，根据图像关键特征个数获取去冗图像，根据去冗图像完成FPGA图像数据的高速传输。本发明实现了对FPGA图像数据的高速传输。

技术研发人员：徐卫丰,冯璟,郭景瑞
受保护的技术使用者：西安乾景防务技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29