在面部檢測(cè)算法的第一級(jí)，利用被稱(chēng)為積分圖像的中間表示，可以快速計(jì)算矩形特征。如圖3所示，點(diǎn)（x,y）的積分圖像值是上部和左部所有像素的總和。D內(nèi)像素的總和可以計(jì)算為4+1-（2+3）。

　　圖3:采用積分圖像對(duì)矩形特征進(jìn)行快速評(píng)估

　　為了在嵌入式產(chǎn)品上執(zhí)行實(shí)時(shí)面部檢測(cè)應(yīng)用，需要將指令級(jí)并行性和和數(shù)據(jù)級(jí)并行性相結(jié)合的高級(jí)并行性。超長(zhǎng)指令字（VLIW）架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高級(jí)并行指令處理，提供擴(kuò)展的并行性及低功耗。[!--empirenews.page--]

　　單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）架構(gòu)能夠在多數(shù)據(jù)元上運(yùn)行單指令，從而縮短代碼長(zhǎng)度并提高性能。使用向量處理器架構(gòu)，可通過(guò)加法器/減法器并行數(shù)量因子，加速這些積分和的計(jì)算。如果向量寄存器可以加載16像素，而且這些像素可同時(shí)加到下一向量，加速因子是16.顯然，為處理器增加類(lèi)似的向量處理單元可以使這一因子翻倍。

　　在下一面部檢測(cè)階段，在多個(gè)位置及按多種尺度掃描圖像。采用Adaboost強(qiáng)大的區(qū)分器（以矩形特征為基礎(chǔ)的區(qū)分器），以決定搜索窗口是否包含面部。再一次，向量處理器具有明顯的優(yōu)勢(shì) - 具有同時(shí)將多個(gè)位置數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行對(duì)比的能力。

　　假設(shè)在一個(gè)圖像中，大多數(shù)子圖像都不是面部例，可以提供的并行比較器越多，加速越快。

　　例如，如果架構(gòu)設(shè)計(jì)具有在1個(gè)循環(huán)中比較8個(gè)要素中的2個(gè)向量的能力，則排除16個(gè)位置的子圖像僅需1個(gè)循環(huán)。為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)加載，并且高效率地利用向量處理器加載/儲(chǔ)存，各個(gè)位置可以在空間上彼此接近。

　　為了獲得高度并行的代碼，架構(gòu)應(yīng)支持指令預(yù)測(cè)。這樣可以使如果-則-否則（if-then-else）構(gòu)造導(dǎo)致的分支用順序碼來(lái)代替，從而減少循環(huán)數(shù)和縮短代碼長(zhǎng)度。允許條件執(zhí)行，有能力綜合各種條件，在控制代碼中實(shí)現(xiàn)更高的效率。此外，非順序碼，如分支和回路，經(jīng)設(shè)計(jì)具有零循環(huán)損失，而不需要煩瑣的技術(shù)，如動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)和增加RISC處理器功率損耗的推理執(zhí)行。

　　一個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)用挑戰(zhàn)是存儲(chǔ)器帶寬，該應(yīng)用需要對(duì)每幀視頻流進(jìn)行掃描，以執(zhí)行面部檢測(cè)。由于其數(shù)據(jù)量較大，視頻流無(wú)法儲(chǔ)存在緊耦合存儲(chǔ)器（TCM）中。例如，一個(gè)YUV 4:2:0格式的高清幀占用了3MB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這種高存儲(chǔ)器帶寬導(dǎo)致功率損耗更高，并需要更昂貴的DDR存儲(chǔ)器，從而使材料清單成本更高。一個(gè)完美的解決方案是采用數(shù)據(jù)分塊（data tiling）來(lái)儲(chǔ)存像素，其中2維數(shù)據(jù)塊在單次突發(fā)中由DDR存取，極大地改善了DDR的效率。直接存儲(chǔ)器存?。―MA）可以在外部存儲(chǔ)器和核心存儲(chǔ)器子系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。在最終面部檢測(cè)應(yīng)用階段，包含檢測(cè)面部的子圖像尺寸重新調(diào)整到固定尺寸輸出窗口。

　　當(dāng)圖像在多個(gè)比例掃描時(shí)，還在檢測(cè)階段使用圖像尺寸調(diào)整過(guò)程。尺寸調(diào)整算法廣泛應(yīng)用于圖像處理，用于視頻放大和縮小。面部檢測(cè)應(yīng)用中執(zhí)行的算法是雙三次算法。三次卷積插值根據(jù)離規(guī)定輸入坐標(biāo)最近的16個(gè)像素的加權(quán)平均值來(lái)確定灰度值，并將該值分配給輸出坐標(biāo)。首先，在一個(gè)方向（水平方向）上執(zhí)行四個(gè)一維三次卷積，然后，在垂直方向執(zhí)行更多個(gè)一維三次卷積。這意味著要執(zhí)行一個(gè)二維三次卷積，而所需的是一個(gè)一維三次卷積。

　　向量處理器內(nèi)核具有強(qiáng)大的加載-儲(chǔ)存能力，能夠快速、有效地存取數(shù)據(jù)是此類(lèi)應(yīng)用的關(guān)鍵特征，其中算法在數(shù)據(jù)塊上運(yùn)行?？赏ㄟ^(guò)在單循環(huán)中從存儲(chǔ)器訪問(wèn)2維存儲(chǔ)器塊來(lái)滿足尺寸調(diào)整算法優(yōu)化。

　　這一特點(diǎn)使處理器能夠有效地實(shí)現(xiàn)較高的存儲(chǔ)器帶寬，不需要載入不必要的數(shù)據(jù)或執(zhí)行數(shù)據(jù)操作的負(fù)荷計(jì)算單元。此外，能夠在數(shù)據(jù)存取期間轉(zhuǎn)置數(shù)據(jù)且不存在任何循環(huán)損失，這使得轉(zhuǎn)置的數(shù)據(jù)塊能夠在單一循環(huán)中存取，對(duì)于執(zhí)行水平過(guò)濾和垂直過(guò)濾非常切實(shí)可行。處理器的功率是其執(zhí)行強(qiáng)大卷積能力的結(jié)果，可以在單一循環(huán)中執(zhí)行并行的過(guò)濾器。

　　這里是一個(gè)有效解決方案的實(shí)例。在一個(gè)循環(huán)中加載4x8字節(jié)塊，然后每個(gè)迭代利用4個(gè)像素，在垂直方向執(zhí)行三次卷積。這4個(gè)像素預(yù)先安排在4個(gè)獨(dú)立的向量寄存器中，因此，我們能夠同時(shí)獲得8個(gè)結(jié)果。然后，同時(shí)對(duì)這些中間結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確處理，但是，以轉(zhuǎn)置格式加載這些數(shù)據(jù)，從而完成水平過(guò)濾。為了保持結(jié)果準(zhǔn)確度，需要用結(jié)果四舍五入值（rounding value）和后移（post-shift）初始化。過(guò)濾器配置應(yīng)當(dāng)在不要求專(zhuān)門(mén)指令的條件下實(shí)現(xiàn)這些特征。

　　總之，這種并行向量處理解決方案核心可在加載/儲(chǔ)存單元操作和處理單元之間實(shí)現(xiàn)平衡。一般說(shuō)來(lái)，數(shù)據(jù)帶寬限制及就功耗和晶片面積而言的處理單元的成本限制了執(zhí)行效率；不過(guò)，顯然，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)量處理器架構(gòu)的重要加速。

　　多媒體器件的多用途可編程HD視頻和圖像平臺(tái)

　　CEVA-MM3000是可以集成到SoC中的可擴(kuò)展的完全可編程多媒體平臺(tái)，以全軟件形式提供1080p 60fps視頻解碼和編碼、ISP功能和視覺(jué)應(yīng)用。該平臺(tái)由兩個(gè)專(zhuān)用處理器，即流處理器和向量處理器組成，集成到一個(gè)完整的多核系統(tǒng)中，包括本地存儲(chǔ)器和共享存儲(chǔ)器、外設(shè)、DMA和與外部總線的標(biāo)準(zhǔn)橋接。這款全面的多內(nèi)核平臺(tái)專(zhuān)為滿足移動(dòng)產(chǎn)品和其它消費(fèi)者電子產(chǎn)品的低功耗要求而設(shè)計(jì)。

　　向量處理器包括兩個(gè)獨(dú)立的向量處理單元（VPU）。VPU負(fù)責(zé)所有的向量計(jì)算，包括向量間運(yùn)算（利用單指令多數(shù)據(jù)流）和向量?jī)?nèi)部運(yùn)算。向量間指令可在16個(gè)8位（字節(jié)）或8個(gè)16位（字）元上運(yùn)行，可以使用向量寄存器對(duì)，形成32位（雙字）元。VPU具有在單循環(huán)中完成6個(gè)線路（taps）中8個(gè)并行濾波器（taps）的能力。

　　雖然VPU是作為向量處理器的計(jì)算主力，但是，向量加載和儲(chǔ)存單元（VLSU）作為從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)向向量處理器及從向量處理器向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的工具。VLSU具有適用于加載和儲(chǔ)存操作的256位帶寬，并支持不對(duì)齊（non-aligned）存取。VLSU備有在單循環(huán)中存取二維數(shù)據(jù)塊的能力，并支持不同的數(shù)據(jù)塊尺寸。

　　圖4:加載4x4像素塊

　　為了簡(jiǎn)化VPU任務(wù)，在讀/寫(xiě)向量寄存器時(shí)，VLSU可以靈活地操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)存取期間，數(shù)據(jù)塊可以轉(zhuǎn)置，而不存在任何循環(huán)損失，能夠在單循環(huán)中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)置數(shù)據(jù)塊的存取。轉(zhuǎn)置功能可以動(dòng)態(tài)設(shè)定或清除。采用這種方式，水平過(guò)濾器和垂直過(guò)濾器可以重復(fù)使用相同的功能，從而節(jié)省每個(gè)過(guò)濾器的開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間，同時(shí)縮小程序存儲(chǔ)器的占位面積。

　　結(jié)論

　　對(duì)于采用CEVA-MM3000平臺(tái)的消費(fèi)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，嵌入式視覺(jué)應(yīng)用是有效地執(zhí)行算法多樣性的一個(gè)實(shí)例，例如具備裁剪和尺寸調(diào)整功能的面部檢測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)，將來(lái)類(lèi)似的和更復(fù)雜的應(yīng)用需求將會(huì)增長(zhǎng)，所有這些應(yīng)用都可以利用CEVA-MM3000架構(gòu)的可編程性和可擴(kuò)展性。