如何选择嵌入式系统中的视觉处理技术

各类处理器，及其在嵌入式视觉应用上的关键优缺点

高性能嵌入式CPU

在很多情况下，嵌入式CPU不能提供足够的性能实现要求较高的视觉算法——也不能够以可以接受的价格或者功耗来满足性能要求。通常，存储器带宽是关键性能瓶颈，因为视觉算法通常使用大量的数据，不会重复访问相同的数据。嵌入式CPU的存储器系统无法设计适应这类数据流。然而，与大部分处理器相类似，随着时间的推移，嵌入式CPU的性能在逐渐增强，在某些情况下，能够提供足够的性能。

在可能的情况下，有足够的理由在CPU上运行视觉算法。首先，大部分嵌入式系统需要CPU来实现各种功能。如果所需要的视觉功能能够通过这种CPU来实现，那么，相对于多处理器解决方案相比，这降低了系统的复杂度。而且，大部分视觉算法一开始是在PC上开发的，使用了通用CPU及其相关的软件开发工具。PC CPU和嵌入式CPU (及其相关的工具)之间的相似性意味着，与其他类型的嵌入式视觉处理器相比，一般比较容易在嵌入式CPU上通过嵌入方式实现视觉算法。最后，嵌入式CPU使用起来通常比其他类型的嵌入式视觉处理器更简单，这是因为其相对直观的体系结构、成熟的工具以及其他的应用开发基础支持平台等，例如，操作系统。

结合了CPU的ASSP

ASSP是专用、集成度很高的芯片，定制用于特殊应用或者专业应用。ASSP可以采用CPU，或者使用单独的CPU芯片。凭借专业化，与其他类型的处理解决方案相比，ASSP通常具有优异的成本和能效。在其他技术中，ASSP通过使用专用协处理器和加速器来提高效率。而且，由于ASSP主要集中在专业应用上，因此，通常需要大量的应用软件。

这种专业化使得ASSP能够实现很高的效率，但是，也带来了很大的局限：缺乏灵活性。设计用于某一应用的ASSP一般不能用于其他应用，甚至目标应用相关的应用。ASSP使用唯一的体系结构，与其他类型的处理器相比，更难进行编程。实际上，某些ASSP并不支持用户编程。另一方面的考虑是风险问题。ASSP通常由小供应商提供，这可能会增加难以提供芯片的风险，或者无法提供后续产品以帮助系统设计人员更新其设计，设计人员不得不从头开始进行设计。

具有CPU的GPU

GPU主要是用于3D图形，并且越来越多的用于实现其他功能，例如，视觉应用等。目前，个人计算机的GPU倾向于可编程，除了3D图形还能完成其他功能。这类GPU被称为“通用GPU”，或者“GPGPU”。GPU有很强的并行处理能力。它们在个人计算机上是独一无二的。可以免费使用GPU软件开发工具，从GPGPU开始进行编程并不是很复杂。出于这些原因，在PC上第一次开发其计算机视觉算法的开发人员通常采用GPU作为并行处理引擎，他们出于仿真或者原型开发的目的，需要加速算法的执行。

GPU紧密集成了通用CPU，有时候是在同一芯片上。然而，GPU芯片的一种局限是目前能够集成的CPU类型有限，而且支持这类集成的CPU操作系统也很有限。目前，可以提供设计用于智能电话和平板电脑等产品的低成本、低功耗GPU。但是，这些GPU一般不是GPGPU，因此，除了3D图形之外，将其用在其他应用中有很大的难度。

具有加速器以及CPU的数字信号处理器

数字信号处理器是专门用于信号处理算法和应用的微处理器。对于视觉应用核心的信号处理等任务，这种专业化使得数字信号处理器的效率要远远高于通用CPU。而且，与其他类型的并行处理器相比，数字信号处理器相对比较成熟，使用起来更方便。

但是，虽然数字信号处理器在视觉算法上的性能和效率要高于通用CPU，但仍然难以提供足够的性能来满足算法要求。出于这一原因，DSP一般需要一个或者多个辅助协处理器。因此，视觉应用中一个典型的DSP芯片包括了CPU、数字信号处理器以及多个协处理器。这种异质结合能够产生很好的性能和很高的效率，但也难以编程。实际上，DSP供应商一般不支持用户对协处理器进行编程；而是让协处理器运行芯片供应商开发的软件函数库。

移动“应用处理器”

移动“应用处理器”是集成度非常高的芯片系统，一般主要设计用于智能电话，而不是其他应用。应用处理器通常包括高性能CPU内核，以及各种特殊的协处理器，例如，数字信号处理器、GPU、视频处理单元(VPU)、2D图形处理器，以及图像采集处理器等。

这些芯片专门针对电池供电应用进行了设计，因此，能效非常高。而且，由于围绕智能电话和平板电脑的应用越来越重要，因此，移动应用处理器一般有很强的软件开发基础支持平台，包括，低成本开发电路板、Linux和Android端口等。然而，正如前面章节对数字信号处理器的讨论，应用处理器中的专用协处理器一般不是用户可编程的，限制了它们在视觉应用中的发展。