一种2-D卷积器

摘要

2-D卷积计算在图像处理领域中有着广泛的应用，本发明公开了一种2-D卷积器，通过将2-D卷积计算分解为多1-D卷积计算窗口并行计算以及采用图像数据以行或列主导Zigzag扫描格式输入的策略，减少了片上存储器的容量，降低了片上资源开销；并且2-D卷积器能接受行或列主导Zigzag扫描格式这两种不同图像数据输入格式的特点，使得本2-D卷积器适用于不同的应用系统；通过调整中间结果暂存单元各双端口SRAM的深度W，在片上存储器容量和外部带宽之间做出较好的折中，带来系统设计的灵活性。与现有的2-D卷积器相比，本发明占用的硬件资源少，吞吐率可以满足大多数图像处理系统的实时性要求，可用于实现低成本嵌入式系统中2-D卷积计算。本发明属于超大规模集成电路结构设计领域。

主权项

一种2‑D卷积器，卷积模板系数以光栅扫描格式输入，图像数据以行主导或者列主导Zigzag扫描格式输入；其特征在于：该卷积器包括中心控制单元(1)，图像缓存单元(2)，卷积计算单元(3)，中间结果暂存单元(4)，输入接口单元(5)和输出缓冲单元(6)；输入接口单元(5)接收外部输入的卷积模板系数和图像数据，在中心控制单元(1)的控制下将卷积模板系数输出到卷积计算单元(3)，将图像数据输出到图像缓存单元(2)；图像缓存单元(2)从输入接口单元(5)中读取图像数据，串行移入并行输出，将转化后的并行图像数据输出到卷积计算单元(3)；卷积计算单元(3)在卷积计算开始前，预先接收由输入接口单元(5)输出的卷积模板系数并保存；然后接收图像缓存单元(2)输出的并行图像数据，并进行卷积计算，计算的中间结果写入到中间结果暂存单元(4)中，并将最终的卷积计算结果写入到输出缓冲单元(6)中；输出缓冲单元(6)在中心控制单元(1)给出的输出有效使能信号的控制下寄存卷积计算单元(3)输入的最终卷积计算结果，并对外部接口输出数据；中间结果暂存单元(4)用于保存卷积计算单元(3)计算的中间结果，中间结果暂存单元(4)的读、写控制信号以及读、写地址均由中心控制单元(1)产生，写入的数据来自于卷积计算单元(3)，读出的数据输出到卷积计算单元(3)；中心控制单元(1)将外部输入的卷积模板系数和图像数据写入输入接口单元(5)，从输入接口单元(5)中读出卷积模板系数和图像数据分别写入到卷积计算单元(3)和图像缓存单元(2)中，将图像缓存单元(2)输出的并行图像数据输入到卷积计算单元(3)中进行卷积计算，为中间结果暂存单元(4)产生存储器读写地址以及控制信号，并结合卷积计算单元(3)的计算状态为输出缓冲单元(6)产生输出有效使能信号，实时控制各个单元的状态和数据调度。