VHDL统计计算算法的FPGA实现(2)
图1.1将两种实现方式的伽马矫正进行了比较。通过常规（二进制）电路处理的特定图像的结果在第一行，通过随机电路处理的结果在第二行。两种实现方式都在相同的噪音环境下。列（a）表示没有噪音的结果，列（b）至列（f）分别表示在随机噪声为1%、2%、5%、10%、15%下的结果[1]。从图1.1中可以看出，随机计算实现方法容错率更高。
常规实现随即实现 (a)无噪音 (b)1%噪音 (c)2%噪音 (d)5% 噪音 (e)10%噪音 (f)15%噪音
图1.1 传统实现方法和随即实现方法下的伽马矫正的容错率比较[1]
此外，随机实现方式需要的硬件更少。
表1.1表明了在Xilinx Virtex-II 系列FPGA上实现图像处理的多种方法的成本。该表将传统实现方式和随机计算方式进行了对比。表中最左边的一列列出了几种图像处理功能。表1中的成本表示的是在FPGA中用到的查找表的数量。有趣的是，表中显示出，八成左右的随机计算设计用于随机数发生器和二进制转换器。
表1.1 传统设计和随机计算设计的成本对比[1]
类型 常规设计 随机算法设计
全系统 核心部分
数量 节省(%) 数量 节省(%)
伽马校正 96 124 -29.2 16 83.3
RGB >> XYZ 524 301 42.6 64 87.8
XYZ >> RGB 627 301 52.0 66 89.5
XYZ >> CIE >> L*ab 295 250 15.3 58 80.3
CIE >> L*ab >> XYZ 554 258 53.4 54 90.3
几何变换 831 299 64.0 32 96.1
旋转 737 257 65.1 30 95.9
平均 523.4 255.7 37.6 45.7 89.0
*完整随机计算系统
**随即计算系统核心（排除随机序列发生器和二进制转换器）
2 FPGA的简介
数字集成电路经历了数代发展，现在已经发展到超大规模集成电路的阶段， FPGA作为数字电路发展的重要产物，在当今电子行业发挥着不可替代的作用。
电子行业的快速发展也推动了电子器件的革命，为了满足市场需求和电子产品的开发速度，赛灵思公司设计了第一代可编程逻辑器件——FPGA。从1984年至今，随着加工工艺的改良，FPGA的逻辑门数量已经从最初的千级达到了现在的千万级，同时物理体积在不断缩减，如今人们常用的FPGA芯片苗条的可以轻松嵌入小型产品，却丝毫不在功能和性能上短腿，并且能够经得住一般恶劣环境的考验。
FPGA以它优良的可靠性、较低的功耗、轻薄的体量和卓越的可塑性吸引了极大的市场，随着深度开发，FPGA的成本得到了很好的控制，这也大大提高了FPGA的市场竞争力，FPGA正在逐渐取代传统集成器件，越来越多的非批量化产品试水FPGA。
2.1 FPGA的应用
2.1.1 数据采集
生活中实际存在的信号大多数是模拟信号，所以数据采集功能是信号处理系统中的很重要的环节。通常的做法是，将接受的模拟信号通过AD转换器转换成数字信号，再将其送到处理器进行运算分析，常见的处理器有数字信号处理器和单片机。