对图象信号处理系统中图象增强模块的设计及基于VMM的验证

对图象信号处理系统中图象增强模块的设计及基于VMM的验证

论文摘要

21世纪信息系统必将以数字化、大信息量、交互化、高度融合化、多媒体化步入人类社会。作为信息获取和交流的最主要载体---图象,如果没有好的理论和技术进行处理,它势必成为制约社会发展的主要因素。ISP(Image SignalProcessor)是展讯通信有限公司自主开发的手机多媒体芯片中的图象处理系统。主要应用于数码相机拍照、摄像以及视频电话等。图象边缘增强(Image edgeEnhancement,简称IEE)模块是ISP系统的重要组成部分,其作用主要是有利于视觉效果和后续的处理,消除了相关性和高频躁声,有利于图象的压缩和处理,节省带宽。该模块是芯片中的硬件加速器,整合在ISP系统中,ISP通过AHB总线与ARM核相连。在数字信号处理的领域内有一部分工作是可以事后处理的,即利用通用的计算机系统来处理。还有一类数字信号处理必须在规定的时间内完成,很难想象用一个通用的计算机系统来完成这项工作。因此,不得不自行设计非常轻便而小巧的高速专用硬件。随着芯片的复杂度的快速增长,验证成为SoC开发过程中面临的最有挑战性的一个环节。验证要占整个设计开发60%~80%的工作量。对于这种千万门级的SoC,充分、全面的验证尤为复杂,需要耗费大量的人力以及时间。为了缩短项目开发时间,加快产品面市步伐,要采用先进高效的验证方法,提高验证效率,同时保障验证的覆盖率。整个ISP系统采用的是自顶向下(Top-Down)的设计方法进行设计的,IEE是其中一个子模块。为了设计符合要求的IEE模块,首先仔细分析由软件组提供的C-Model和算法。其次,编写设计文档,描述接口时序信息,算法的实现情况以及状态机的设计等。最后,用verilog编写RTL级code。此外,本文采用了一种新的高效验证方法学VMM对IEE模块进行了全面的功能验证。主要是基于VMM建立一个全局的验证平台,调用C-Model作为“黄金模型”来比较verilog的输出,并通过设计足够的case来保证模块的功能覆盖率。最后统计了验证的功能覆盖和代码覆盖率。从验证结果看,IEE模块的设计满足了设计要求。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 致谢
  • 第一章 引言
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 论文内容
  • 1.3 章节安排
  • 第二章 数字视频概述
  • 2.1 图象的数字化表达与实现
  • 2.2 彩色空间
  • 2.2.1 RGB
  • 2.2.2 YCbCr(YUV)
  • 2.2.3 彩色电视取样格式
  • 2.3 视频信号的预处理
  • 2.4 图象数据压缩的必要性
  • 2.5 数字图象处理的基本要求
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 图象边缘增强及其硬件描述
  • 3.1 图象边缘检测
  • 3.1.1 基本的检测公式
  • 3.1.2 梯度
  • 3.2 图象增强
  • 3.2.1 平滑滤波
  • 3.2.2 图象锐化
  • 3.3 IEE模块算法
  • 3.3.1 图象平滑算法
  • 3.3.2 图象锐化算法
  • 3.4 基于verilog的IEE模块的硬件实现
  • 3.4.1 IEE模块功能特性和接口时序描述
  • 3.4.2 IEE算法的分析及模块的状态机
  • 3.4.3 模块的顶层结构
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 基于systemverilog语言的验证方法学VMM
  • 4.1 SOC验证方法学
  • 4.1.1 常用验证技术分类
  • 4.1.2 SOC验证流程
  • 4.1.3 验证平台策略
  • 4.1.4 验证工具
  • 4.2 Systemverilog语言简介
  • 4.2.1 接口(Interface)
  • 4.2.2 全局声明和语句
  • 4.2.3 时间单位和精度
  • 4.2.4 抽象数据类型
  • 4.3 VMM验证方法学
  • 4.3.1 层次化验证模型
  • 4.3.2 提高验证生产率
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 IEE的验证及流程
  • 5.1 验证环境介绍
  • 5.1.1 环境实现
  • 5.1.2 Global Testbench结构
  • 5.1.3 总线功能模型(Bus Functional Model,BFM)
  • 5.2 IEE验证架构
  • 5.3 Local Testbench
  • 5.4 Post-layout验证和FPGA验证
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 附录 代码覆盖率统计报告
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 相关论文文献

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