一种具有高运算性能的专用图像模式识别处理器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及图像识别技术，具体公开了一种具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，包括通用处理器接口、主控、专用模式识别电路模块、内部缓存、外部存储器接口阵列与图像接口。通用处理器接口一端与通用处理器连接，另一端与主控连接，主控与专用模式识别电路模块连接，专用模式识别电路模块与内部缓存连接，内部缓存与外部存储器接口阵列连接，外部存储器接口阵列的另一端与存储器阵列连接，内部缓存、外部存储器接口阵列均与图像接口连接，图像接口与图像数据接口电路连接。本实用新型针对当前图像识别技术的速度缓慢问题，提出了一种专用图像处理器的架构、电路，显著提升图像识别的速度，并可持续的进行功能性能的演进。
【专利说明】-种具有高运算性能的专用图像模式识别处理器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及图像识别技术，具体是一种具有高运算性能的专用图像模式识别 处理器。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术与信息技术的发展，图像识别技术获得了越来越广泛的应用，例 如医疗诊断中各种医学图片的分析与识别、天气预报中的卫星云图识别、工业自动化中的 部件安装与质量检测、智能交通中的车牌识别与车辆轨迹检测。图像识别技术越来越多的 融入到我们的日常生活中。
[0003] 图像识别技术在实际的应用过程中，越来越多的问题凸显出来，其中制约图像识 别技术应用的总要因素是识别速度问题。在工业自动化中，识别速度的缓慢，导致产线无法 全速运行。智能交通的识别速度缓慢，导致很多违章的车辆逃过了电子眼。人脸识别的缓 慢，致使罪犯面孔识别的设备极其昂贵。
[0004] 依赖高配置的PC和显卡是当前提升识别算法速度的主要方式。这套系统虽然极 其灵活，但确牺牲了速度与成本。PC系统是为了满足通用的计算需求，每进行一次计算，均 依赖内存、cache、内部总线、几十级的流水线。显卡关注于3D图像的构建和着色填充，对 于图像识别算法并不能完全发挥它的性能。当前遇到此类问题的原因在于，我们拿通用的 设备，来完成专用的计算，就像人类能完成不同的工作，但是单说写字的速度确没有打印机 快。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，以 解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0007] -种具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，包括通用处理器接口、主控、专 用模式识别电路模块、内部缓存、外部存储器接口阵列与图像接口；通用处理器接口一端与 通用处理器连接，另一端与主控连接，主控与专用模式识别电路模块连接，专用模式识别电 路模块与内部缓存连接，内部缓存与外部存储器接口阵列连接，外部存储器接口阵列的另 一端与存储器阵列连接，内部缓存、外部存储器接口阵列均与图像接口连接，图像接口与图 像数据接口电路连接；通用处理器接口是用于接收上位主机发出的识别命令的电路模块， 上位主机通过该接口访问内部执行情况和结果；主控是用于细分上位机命令，并收集各个 运算模块计算结果的电路模块；专用模式识别电路模块是完成具体算法任务的电路模块； 内部缓存对图像的行数据进行缓存；外部存储器接口阵列提高数据带宽；图像接口是完成 接收图像数据的电路。
[0008] 作为本实用新型进一步的方案：所述图像接口采用图像传感器接口、HDMI接口或 V-BY-ONE HS 图像接口。
[0009] 作为本实用新型进一步的方案：通用处理器接口包括物理层、链路层与协议层，协 议层包括包过滤器、控制命令接收通道、数据包接收通道、数据解包、数据组包、控制命令反 馈通道、数据包发送通道、接口寄存器阵列与包组件；物理层与上位机接口连接，协议层与 内部控制总线连接。
[0010] 作为本实用新型进一步的方案：所述图像数据接口电路包括数据相位调节与锁定 电路、图像数据流完整性检测电路、异步时钟匹配电路、线控电路与寄存器配置电路；线控 电路、寄存器配置电路均与内部控制总线连接，线控电路还与外部图像传感线控信号连接， 寄存器配置电路与SPI/IIC接口连接，数据相位调节与锁定电路与外部图像传感器数据流 连接，异步时钟匹配电路与内部数据流总线连接。
[0011] 作为本实用新型进一步的方案：所述专用图像模式识别处理器的电路包括主控电 路、数据接口总线与输入输出交叉总线；数据接口总线通过算法模块与输入输出交叉总线 连接，数据接口总线还与内部缓存接口连接。
[0012] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型针对当前图像识别技术 的速度缓慢问题，提出了一种专用图像处理器的架构、电路，显著提升图像识别的速度，并 可持续的进行功能性能的演进。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的结构框图；
[0014] 图2是通用处理器接口的结构框图；
[0015] 图3是图像数据接口电路框图；
[0016] 图4是专用图像模式识别处理器的电路框图。
【具体实施方式】
[0017] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0018] 请参阅图1，本实用新型实施例中，一种具有高运算性能的专用图像模式识别处理 器，包括通用处理器接口、主控、专用模式识别电路模块、内部缓存、外部存储器接口阵列与 图像接口。通用处理器接口一端与通用处理器连接，另一端与主控连接，主控与专用模式识 别电路模块连接，专用模式识别电路模块与内部缓存连接，内部缓存与外部存储器接口阵 列连接，外部存储器接口阵列的另一端与存储器阵列连接，内部缓存、外部存储器接口阵列 均与图像接口连接，图像接口与图像数据接口电路连接。
[0019] 通用处理器接口是用于接收上位主机发出的识别命令的电路模块，上位主机通过 该接口访问内部执行情况和结果。如：上位机发出的命令为：进行(Γ90度的图像旋转，精度 1度，并进行图像模板匹配。图像识别处理器完成处理后，通知PC完成处理，并将匹配结果 展现在接口寄存器中。
[0020] 主控是用于细分上位机命令，并收集各个运算模块计算结果的电路模块。如：将 (Γ90度的图像旋转，精度为1度，并进行图像模板匹配的运算任务，分发给91个专用模式识 别电路模块，每个专用识别电路模块只完成一个角度的旋转和模板匹配任务。
[0021] 专用模式识别电路模块是完成具体算法任务的电路模块，它由典型的图像算法电 路组成，当前通用的模式识别算法种类不多，这为该模块的实现提供了可行性。
[0022] 内部缓存：由于内部缓存的成本较高，主要对图像的行数据进行缓存。
[0023] 外部存储器接口阵列：当前的DDR芯片较为便宜，外部可连接多片存储器，提高数 据带宽是外部存储器接口阵列主要升级的方向。
[0024] 图像接口是完成接收图像数据的电路。图像接口可以是图像传感器接口、HDMI接 口或V-BY-ONE HS等图像接口。
[0025] 请参阅图2,通用处理器接口包括物理层、链路层与协议层，协议层包括包过滤器、 控制命令接收通道、数据包接收通道、数据解包、数据组包、控制命令反馈通道、数据包发送 通道、接口寄存器阵列与包组件。物理层与上位机接口连接，协议层与内部控制总线连接。
[0026] 物理层主要规定了接口连接方式和传输的波形。这里使用10B/8B编码的差分线 路进行通信，特点是速度高，连线数量少。链路层主要对物理层传输的包的对错进行检查。 包过滤器检查包的发送地址和接收地址是否满足要求，对不满足要求的包进行过滤。控制 命令接收通道对内部控制寄存器阵列进行配置的数据通道，它将寄存器的地址和值交给接 口寄存器阵列，将包号交给控制命令反馈通道。数据包接收通道用于大批量接收上位机数 据的通道，由起始地址、包数据组成。数据解包是根据图像数据的格式分解成内部计算使用 的图像数据格式。数据组包是内部计算使用的图像数据包，转换为外部图像数据的格式，并 打为一个数据包。控制命令反馈通道对接收到的正确的包或错误的包，按照一定的格式进 行命令反馈，通知上位机，数据收到的正确与否。数据包发送通道将数据地址，数据长度和 具体数据构建为一个包。包组件将所有待发送的包进行组件，成为一个含有发送目标地址、 发送源地址的包。
[0027] 请参阅图3,图像数据接口电路包括数据相位调节与锁定电路、图像数据流完整性 检测电路、异步时钟匹配电路、线控电路与寄存器配置电路。线控电路、寄存器配置电路均 与内部控制总线连接，线控电路还与外部图像传感线控信号连接，寄存器配置电路与SPI/ IIC接口连接，数据相位调节与锁定电路与外部图像传感器数据流连接，异步时钟匹配电路 与内部数据流总线连接。
[0028] 数据相位调节与锁定电路用于寻找最好的数据采用相位，并进行数据锁定的电路 模块。图像数据流完整性检测电路对接收到的图像行、列数据进行统计，对于数据不完全的 图像进行删除，完整的图像数据才可以进行内部计算。异步时钟匹配电路解决数据流的内 部、外部传输频率的不匹配问题。线控电路产生传感器的曝光触发信号和行场同步触发信 号。寄存器配置电路对寄存器的运行状况，进行实时的配置，保证传感器的正常工作。
[0029] 请参阅图4,专用图像模式识别处理器的电路包括主控电路、数据接口总线与输入 输出交叉总线。数据接口总线通过算法模块与输入输出交叉总线连接，数据接口总线还与 内部缓存接口连接。
[0030] 主控电路控制内部算法模块计算的先后顺序，并收集计算结果。数据接口总线与 内部缓存进行通信，获取或写出图像数据。输入输出交叉总线：对于具有先后计算关系的算 法模块，该模块会将前级算法模块的输出数据，直接与后级算法模块数据的输入接口进行 连接。该模块可以极大的减少外部存储器的带宽压力。
[0031] 本实用新型专门针对图像处理，用更低的成本实现更高的运算效率。表1是在相 同的成本下，传统方式与专用的专用图像模式识别处理器的运行效率的对比。
[0032] 表 1
【权利要求】
1. 一种具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，其特征在于，包括通用处理器接 口、主控、专用模式识别电路模块、内部缓存、外部存储器接口阵列与图像接口；所述通用 处理器接口一端与通用处理器连接，另一端与主控连接，主控与专用模式识别电路模块连 接，专用模式识别电路模块与内部缓存连接，内部缓存与外部存储器接口阵列连接，外部存 储器接口阵列的另一端与存储器阵列连接，内部缓存、外部存储器接口阵列均与图像接口 连接，图像接口与图像数据接口电路连接；通用处理器接口是用于接收上位主机发出的识 别命令的电路模块，上位主机通过该接口访问内部执行情况和结果；主控是用于细分上位 机命令，并收集各个运算模块计算结果的电路模块；专用模式识别电路模块是完成具体算 法任务的电路模块；内部缓存对图像的行数据进行缓存；外部存储器接口阵列提高数据带 宽；图像接口是完成接收图像数据的电路。
2. 根据权利要求1所述的具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，其特征在于， 所述图像接口采用图像传感器接口、HDMI接口或V-BY-ONE HS图像接口。
3. 根据权利要求1所述的具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，其特征在于， 通用处理器接口包括物理层、链路层与协议层，协议层包括包过滤器、控制命令接收通道、 数据包接收通道、数据解包、数据组包、控制命令反馈通道、数据包发送通道、接口寄存器阵 列与包组件；物理层与上位机接口连接，协议层与内部控制总线连接。
4. 根据权利要求1所述的具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，其特征在于， 所述图像数据接口电路包括数据相位调节与锁定电路、图像数据流完整性检测电路、异步 时钟匹配电路、线控电路与寄存器配置电路；线控电路、寄存器配置电路均与内部控制总线 连接，线控电路还与外部图像传感线控信号连接，寄存器配置电路与SPI/IIC接口连接，数 据相位调节与锁定电路与外部图像传感器数据流连接，异步时钟匹配电路与内部数据流总 线连接。
5. 根据权利要求1所述的具有高运算性能的专用图像模式识别处理器，其特征在于， 所述专用图像模式识别处理器的电路包括主控电路、数据接口总线与输入输出交叉总线； 数据接口总线通过算法模块与输入输出交叉总线连接，数据接口总线还与内部缓存接口连 接。
【文档编号】G06T1/00GK204117196SQ201420514183
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】孙兴国 申请人:孙兴国