《电子技术应用》
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基于Zynq的视频实时拼接系统
2021年电子技术应用第2期
陈子为，陈 龙，朱美吉，苏鲁阳
成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都610225
摘要： 针对目前视频拼接系统实时性不高、拼接效果不理想、成本高等问题，对传统的ORB算法进行了改进，并采用软硬件协同设计的方法,在Zynq平台上实现了一款视频实时拼接系统。该系统利用Zynq的PS搭建嵌入式Linux系统，进行用户界面开发，实现任务调度；利用Vivado HLS工具将改进的视频拼接算法进行硬件加速并部署到Zynq的PL中。实验结果表明，该视频拼接系统拼接后的图像清晰度高、无拼接缝隙，而且基于Zynq和改进ORB算法的视频拼接方案使视频拼接速度获得到了很大的提升，满足实时性的要求。
中图分类号： TN911.73；TP368
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200806
中文引用格式： 陈子为，陈龙，朱美吉，等. 基于Zynq的视频实时拼接系统[J].电子技术应用，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

    随着生产生活和科学技术的进步，数码摄像设备得到了广泛地普及与应用。但是由于数码摄像设备自身物理条件的限制，普通数码摄像设备获取视频的视野范围较小，超广角镜头或者鱼眼镜头又会对图像产生畸变[1]，不能满足实际的应用需求。利用单一摄像头捕捉多张视频画面合成宽视野图像的办法不仅费时费力，而且获得的全景图像的质量一般不佳。视频拼接技术很好地解决了这一问题。所谓视频拼接就是将几个存在内容相关性的窄视野视频的每一帧图像进行拼接融合处理，得到一幅宽视野的甚至是全景的视频图像。视频拼接本质上就是图像拼接，但由于其对于实时性的要求很高，使得在该领域的技术实践更需要关注平台的处理性能和算法的复杂性。

    目前市面上普遍采用基于ARM、DSP、FPGA的嵌入式平台方案，以及多通道图像采集拼接形成全景的通用计算机平台方案来实现视频拼接。这些实现方案存在一定的缺陷,基于ARM的实现方案处理能力较弱，无法进行复杂视频算法；基于DSP的实现方案处理速度比FPGA慢[2]；基于FPGA的实现方案灵活性较差且成本较高；基于计算机平台的实现方案凭借性能优势获得好的效果，但设备体积庞大、功耗高且价格昂贵[3]。

    针对以上问题，本文首先对特征点检测效率表现优异的ORB算法进行改进，并利用Vivado HLS工具将改进的视频拼接算法进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系统，进行用户界面开发，实现任务调度，最后提出了一种基于Zynq平台对多通道视频进行无缝拼接处理的解决方案。




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作者信息:

陈子为，陈  龙，朱美吉，苏鲁阳

(成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都610225)

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