سامانه ی تعبیه شده ی مبتنی بر منطق فازی برای تفکیک ویدئویی

چکیده

کلیدواژه ها

1. مقدمه

تصویر 1 : جهار مرحله ی عادی پردازش ویدئویی دیجیتال

 2. معماری هسته ی فازی IP برای تفکیک ویدئویی 

تصویر 2 : دیاگرام بلوکی الگوریتم تفکیک ویدئویی که از سه سامانه مبتنی بر منطق فازی استفاده می کند.

جدول 1. تحلیل منابع ذخیره سازی و عملیات اولیه در چندین تفکیک دهنده پیشرفته

2. 1 توصیف سامانه های مبتنی بر منطق فازی برای تفکیک ویدئویی

2. 1. 1 سامانه ی مبتنی بر منطق فازی برای تطبیق حرکت (FS3)

تصویر 4. توابع خطی- تکه ای نرمال سازی شده که برای توابع عضویت به کار رفته است. 

جدول 2. پایگاه دستور سامانه ی فازی برای درون یاب سازگار با حرکت.

2. 1. 2  سامانه ی مبتنی بر منطق فازی برای تطبیق لبه(FS1)

جدول 3. پایگاه دستور سامانه فازی برای درون یابی سازگار با لبه

2. 1. 3 سامانه ی مبتنی بر منطق فازی برای تطبیق تکرار تصویر(FS2)

جدول 4. پایگاه دستور درون یابی موقتی

تصویر 5: معماری پردازش دستور موازی

2. 2 اجرای سخت افزاری سامانه های استنباطی فازی

2. 2. 1  مرحله فازی کردن

2. 2. 2 مرحله پردازش دستور

2. 2. 3  مرحله ی غیرفازی کردن 

3. روش شناسی طراحی برای هسته ی IP فازی مبتنی بر FPGA

تصویر 6: فلوچارت مورد استفاده برای اجرای توابع عضویتی که در تصویر 4 نشان داده شده است.

تصویر 7:  دیاگرام بلوکی برای اجرای روش غیرفازی کردن میانگین فازی در FS3  (ب) تقسیم کننده و یک اضافه کننده متوقف می شوند زیرا مجموع درجات فعالسازی دستورات برابر با یک است.

تصویر 8: روش شناسی طراحی به کمک رایانه

تصویر 9: توصیف بالاترین سطح طراحی XGS

4. ساخت سامانه ی تعبیه شده

تصویر 10: طرح XSG برای اجرای فرایند فازی سازی FS1

تصویر 11: دیاگرام بلوکی سامانه کامل

تصویر 12: عکاسی از سامانه کامل

5. نتایج

الگوریتم های تفکیک ویدئویی وظیفه ی مهمی را در پردازش ویدئویی انجام می دهند. با وجود اینکه این الگوریتم-ها با استفاده از اجرای نرم افزار ساخته می شوند، اجرای آنها در سخت افزار برای دستیابی به عملیات فوری لازم می شود. این مقاله ساخت یک سامانه ی تعبیه شده را برای تفکیک ویدئویی توصیف می کند. الگوریتم تفکیک ویدئویی از سه سامانه ی مبتنی بر منطق فازی برای حل مشکل سه ویژگی مربوط به توالی های ویدئویی استفاده می کند: حرکت، لبه ها و تکرار تصویر. راهبرد پیشنهادی این الگوریتم را به صورت یک سخت افزار با هسته ی IP روی سامانه ی مبتنی بر FPGA اجرا می کند.این مقاله معماری پیشنهادی و روش شناسی طراحی برای ساخت آن را به طور مفصل شرح می دهد. سامانه ی تعبیه شده ی حاصل درصفحه ی ساخت تأیید می شود و قادر است تا تفکیک فوری انجام دهد.

تفکیک ویدئویی وظیفه ای کلیدی در پردازش ویدئویی دیجیتال است. برخی از استانداردهای انتقال دیجیتال کنونی برای برخورداری از پهنای باند ویدئویی از قالب اسکن به هم بافته شده استفاده می کنند. به هر حال، وسایل نمایشی جدید نیازمند اسکن تدریجی هستند. بنابراین، الگوریتم های وارد کردن خطوط مفقوده در حین انتقال باید درگیرنده اجرا شوند. این نوع از الگوریتم ها تفکیک کننده نامیده می شوند زیرا عکس عملیات به هم بافتن را انجام می دهند (1). زنجیره ی پردازش ویدئویی دیجیتال معمولاً شامل چهار مرحله می شود که در دیاگرام بلوکی تصویر 1 نشان داده شده است. • دریافت: رمزگشای تلویزیون که مسئول رمزگشایی سیگنال آنالوگ یا دیجیتال است فیلم ویدئو را دریافت می کند. • پاک کردن مصنوعات: سیگنال آنالوگ نویز سفید گاوسی دارد درحالیکه سیگنال دیجیتال تحت تأثیر مصنوعات فشردگی ویدئو است که دو نوع محصول را نشان می دهد : « مسدود شدن» و « نویز پشه». • تبدیل شفافیت: ابتدا سیگنال از بافته شده به تدریجی تبدیل می شود. پس از تفکیک، الگوریتم مقیاس بندی پایین یا بالا مطابق با فرمت مورد نیاز وسیله اجرا می شود. • ارتقای تصویر: کیفیت سیگنال ویدئو با اجرای چندین الگوریتم ارتقای تصویر مانند ارتقای رنگ، ارتقای لبه و تیزی و ارتقای رنگ زمینه، جزئیات و بافت ها افزایش داده می شود. با وجود اینکه الگوریتم های پردازش ویدئو با استفاده از اجرای نرم افزار ساخته می شوند؛ برای دستیابی به عملیات فوری، اجرای آنها در سخت افزار لازم می شود. گرچه تجهیزات اولیه ی مصرف کننده برای انجام هر یک از این چهار وظیفه چندین ASIC داشتند، محصولات پیشرفته ی کنونی موجود در بازار برای اجرای سه وظیفه ی آخری و حتی تمام وظایف تصویر 1، یک تراشه ی به شدت مجتمع دارند. تراشه های پردازش ویدئویی در بسیاری از وسایل مصرف کننده مانند تلویزیون های LCD (نمایشگر بلور مایع)، تلویزیون های پلاسما، گیرنده های دیداری- شنیداری (AV)، دستگاه های نمایش DVDDVDهای پرکیفیت، دستگاه های ضبط و پخش بلو- ری و پروژکتورها قرار داده می شوند. مستقل از منبع ویدئو ( در طی سال های گذشته منابع ویدئویی تکثیر شده اند)، این تراشه ها به طور عادی روش-های تفکیک پرهزینه و هوشمندی را برای بدست آوردن سیگنال خروجی تدریجی پرکیفیت اجرا می کنند. در رابطه با تفکیک، هم اکنون برای اجراهای سخت افزار چندین گزینه در بازار موجود است مانند مدارات مجتمع مخصوص به اجرا)(ASICها ( 9 – 2 )، راه حل های قابل برنامه نویسی در پردازش سیگنال دیجیتال (DSPها) (14 – 10 ) و / یا آرایه های گیت قابل برنامه نویسی میدان (FPGAها) (18 – 15 ) و هسته های خاصیت فکری (IP) (23 – 19) که می توان از آنها به عنوان قطعات ساختمانی در داخل ASICها یا طرح های FPGA استفاده کرد. اخیراً، کاربرد پردازنده های مجموعه دستور العمل ویژه ( ASIPها) برای محاسبه ی پرسرعت تفکیک داخل میدانی نیز پیشنهاد داده شده اند (24). هر کدام از این جایگزین ها در رابطه با عملکرد بالا، انعطاف و ارتقای آسان و هزینه ی پایین ساخت مزایا و معایبی دارند. در تجهیزات تجاری، ASICها کارآمدترین راه حل ها را ارائه می دهند که با تقاضای فراوان محصولات ویدئویی توجیه شده است. در سوی دیگر، هنگامی که حجم کمی از محصولات مصرف کننده وجود دارد یا در موردی که هدف ساخت نمونه ی آزمایشی است،FPGAها راه حل خوبی هستند. علاوه بر این، FPGAها با نیاز به انعطاف و آسانی ارتقا نشان داده می شوند. با به حساب آوردن این ملاحظات، اجرای FPGA ها گزینه ای است که در اینجا برای اجرای الگوریتم تفکیک در سامانه ی تعبیه شده انتخاب شده است.بسیاری از سامانه های مبتنی بر منطق فازی برای کاربردهای کنترلی پیشنهاد شده اند (26- 25). پیشرفت های اخیر در الگوریتم های تأخیر پیشنهاد می کنند که برای افزایش کیفیت تفسیر از روش های محاسبه ی نرم استفاده شود. (31 – 27). در این تحقیق سامانه ی تعبیه شده ای پیشنهاد می شود که این الگوریتم را در مدت زمان بسیار کوتاه (فوری) اجرا می کند (27). تا آنجا که می دانیم این اولین اجرای سخت افزار الگوریتم تفکیک ویدئویی مبتنی بر منطق فازی است. این مقاله به طور مفصل این راهبرد اجرا را شرح می دهد که از یک هسته ی IP در سامانه ی تعبیه شده ی مبتنی بر FPGA تشکیل می شود. ترتیب مقاله به قرار زیر است: بخش 2 توصیف این الگوریتم و معماری پیشنهادی را برای توسعه ی اجرای سخت افزارش به طور خلاصه نشان می دهد. بخش 3 روش شناسی طراحی را برای ساخت هسته ی IP برای تفکیک ویدئو توضیح می دهد. ساخت سامانه ی تعبیه شده و معتبرسازی آن در یک بُرد توسعه از شرکتXilinix در بخش 4 به طور مفصل شرح داده می شود. در نهایت، نتایج این تحقیق در بخش 5 توضیح داده می شود.