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基于Zynq的視頻實時拼接系統

2021年電子技術應用第2期

陳子為，陳龍，朱美吉，蘇魯陽

成都信息工程大學電子工程學院，四川成都610225

摘要： 針對目前視頻拼接系統實時性不高、拼接效果不理想、成本高等問題，對傳統的ORB算法進行了改進，并采用軟硬件協同設計的方法,在Zynq平臺上實現了一款視頻實時拼接系統。該系統利用Zynq的PS搭建嵌入式Linux系統，進行用戶界面開發，實現任務調度；利用Vivado HLS工具將改進的視頻拼接算法進行硬件加速并部署到Zynq的PL中。實驗結果表明，該視頻拼接系統拼接后的圖像清晰度高、無拼接縫隙，而且基于Zynq和改進ORB算法的視頻拼接方案使視頻拼接速度獲得到了很大的提升，滿足實時性的要求。

關鍵詞： Zynq 視頻拼接 ORB算法 HLS

中圖分類號： TN911.73；TP368
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200806
中文引用格式： 陳子為，陳龍，朱美吉，等. 基于Zynq的視頻實時拼接系統[J].電子技術應用，2021，47(2)：67-71.
英文引用格式： Chen Ziwei，Chen Long，Zhu Meiji，et al. Real-time video stitching system based on Zynq[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(2)：67-71.

Real-time video stitching system based on Zynq

Chen Ziwei，Chen Long，Zhu Meiji，Su Luyang

School of Electronic Engineering, Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，China

Abstract： Aiming at the existing problems of low real-time performance, unsatisfactory stitching effect and high cost in video stitching system at present, a real-time video stitching system was implemented on Xilinx Zynq platform using software and hardware collaborative design method after improving traditional ORB algorithm. The system used PS on Zynq to build an embedded Linux system, develop user interface programs, and implement task scheduling. The improving video stitching algorithm was packaged into an IP core that can be deployed into the PL on Zynq through Vivado HLS tools to achieve hardware accelerated processing. Experimental results showed that stitched video image had high clarity and no stitching gap, while this Zynq-based software and hardware collaborative processing architecture had greatly improved the speed of video stitching, which can meet the requirements of real-time processing.

Key words : ZYNQ；video stitching；ORB algorithm；HLS

0 引言

隨著生產生活和科學技術的進步，數碼攝像設備得到了廣泛地普及與應用。但是由于數碼攝像設備自身物理條件的限制，普通數碼攝像設備獲取視頻的視野范圍較小，超廣角鏡頭或者魚眼鏡頭又會對圖像產生畸變^[1]，不能滿足實際的應用需求。利用單一攝像頭捕捉多張視頻畫面合成寬視野圖像的辦法不僅費時費力，而且獲得的全景圖像的質量一般不佳。視頻拼接技術很好地解決了這一問題。所謂視頻拼接就是將幾個存在內容相關性的窄視野視頻的每一幀圖像進行拼接融合處理，得到一幅寬視野的甚至是全景的視頻圖像。視頻拼接本質上就是圖像拼接，但由于其對于實時性的要求很高，使得在該領域的技術實踐更需要關注平臺的處理性能和算法的復雜性。

目前市面上普遍采用基于ARM、DSP、FPGA的嵌入式平臺方案，以及多通道圖像采集拼接形成全景的通用計算機平臺方案來實現視頻拼接。這些實現方案存在一定的缺陷,基于ARM的實現方案處理能力較弱，無法進行復雜視頻算法；基于DSP的實現方案處理速度比FPGA慢^[2]；基于FPGA的實現方案靈活性較差且成本較高；基于計算機平臺的實現方案憑借性能優勢獲得好的效果，但設備體積龐大、功耗高且價格昂貴^[3]。

針對以上問題，本文首先對特征點檢測效率表現優異的ORB算法進行改進，并利用Vivado HLS工具將改進的視頻拼接算法進行硬件加速并部署到Zynq的PL中，然后利用Zynq的PS搭建嵌入式Linux系統，進行用戶界面開發，實現任務調度，最后提出了一種基于Zynq平臺對多通道視頻進行無縫拼接處理的解決方案。

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作者信息:

陳子為，陳龍，朱美吉，蘇魯陽

(成都信息工程大學電子工程學院，四川成都610225)

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