[發明專利]基于可重構內存計算技術的圖像處理裝置及方法

有效

• 申請號: 202010526627.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111696025B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉錦輝;趙晨;杜方舟;劉續文
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T1/60
• 分類號: G06T1/60;G06T1/20
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明公開一種基于可重構內存計算技術的圖像處理裝置及方法，本發明的裝置使用新型ReRAM器件，以及PIM技術，將數據處理與存儲整合在同一個裝置中，并引入可重配運算技術。本發明的方法的步驟是設計內存計算PIM指令集，對PIM程序進行編譯，利用高層次綜合HLS工具編寫程序代碼，將程序代碼放到相應位置，采取兩種方式對兩種不同的圖像處理任務進行處理。本發明有效的解決了“存儲墻”問題，使得本發明裝置的片內總線帶寬大，傳輸速度快，功耗低，集成度高。本發明的方法可以在不降低圖像分辨率的前提下，提高圖像處理的并行度和系統的靈活性，進而達到快速圖像處理的目的。

技術領域

本發明屬于物理技術領域，更進一步涉及圖像數據處理技術領域中的一種基于可重構內存計算技術的圖像處理裝置及方法。本發明可用于圖像處理進行采集圖像信息，預處理，提取特征值，輸出結果。

背景技術

目前，圖像處理在各領域中的應用十分廣泛，比如遙感圖像、雷達信號、場景識別、目標追蹤等。但是由于圖像處理算法越來越復雜，對平臺的計算能力要求不斷提高，且很多應用場景對實時性要求較高。現在基于CPU+GPU、CPU+FPGA或DSP架構的圖像處理加速平臺是目前常見的解決方法。將現有圖像處理算法移植到GPU、FPGA或DSP平臺中，利用此類處理器的大并行度，以及高性能的算術運算能力，相較于以往的CPU處理，有很大的優勢。但是隨著圖像分辨率的提高，以上架構通常以馮諾依曼架構為基礎，因此數據存儲在內存中，運算又在處理器中，需要數據的頻繁讀取，造成了很大的功耗浪費，而由于內存速度與處理器差距越來越大，這造成了嚴重的“存儲墻”問題，“存儲墻”已經嚴重制約了上述圖像處理平臺的效能，內存計算(Process in Memory,PIM)被認為是有效的解決“存儲墻”瓶頸的新型計算架構。PIM將計算單元與存儲單元緊密地耦合在一起，從而消除訪存帶寬瓶頸的限制以及計算單元與存儲單元的偏見數據遷移所產生的開銷，具有極高的存儲密度以及帶寬。然而，傳統的PIM靈活性較差，設計復雜度和制造成本都比較高，且以往的PIM只能完成特定的處理功能，由于新興的數據密集型應用可能會隨著時間的推移而涉及，這些架構中缺乏可編程性和靈活的存儲器接口使得適應未來市場/技術引起的工作負載變化具有挑戰性。所以，PIM沒有得到廣泛的應用。

電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)是一類通過改變單元(cell)電阻來實現非易失性存儲的隨機訪問存儲器。其結構非常簡單，兩側電極將金屬氧化物包夾于中間，這簡化了制造工藝，由于其擁有諸多優良特性，如數據掉電不丟失，低功耗，高速度等，使得在數據存儲與邏輯計算領域有重要意義。