CN117135345B - 一种图像信号处理的仿真验证方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像信号处理领域，特别是涉及一种图像信号处理的仿真验证方法和装置。主要包括：在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型；将需要进行图像信号处理的源数据输入仿真模块中，通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据，并获取仿真模块输出的最终数据；将中间数据和/或最终数据与相应的期待数据进行比对，根据比对结果获取仿真模块中相应处理节点的仿真验证结果。本发明可以在一次仿真验证过程中确认每一级处理节点进行图像信号处理后是否正确，从而准确定位可能出现错误或异常的处理节点。
Description
技术领域
本发明涉及图像信号处理领域，特别是涉及一种图像信号处理的仿真验证方法和装置。
背景技术
在进行图像信号处理（Image Signal Processing，简写为ISP）仿真验证的过程中，最关键的是验证仿真模块中每一级图像处理节点的输入输出是否正常，是否达到该节点图像处理的目的。因此，需要在仿真的过程中增加调试（debug）的手段，通过监控每级处理节点的功能情况来排查问题。但是，一般的图像处理错误，例如显示器的输出图像过度曝光、颜色错误以及分辨率异常等，并不是由单一的处理错误造成的，也可能是由ISP内部不同节点之间的处理异常联合造成的。
鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决现有ISP仿真验证时无法快速准确的定位问题点的现象，是本技术领域待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明解决了现有ISP仿真验证时无法快速准确的定位问题点的问题。
本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种图像信号处理的仿真验证方法，具体为：在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型；将需要进行图像信号处理的源数据输入仿真模块中，通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据，并获取仿真模块输出的最终数据；将中间数据和/或最终数据与相应的期待数据进行比对，根据比对结果获取仿真模块中相应处理节点的仿真验证结果。
优选的，所述在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型，具体包括：基于每一级处理节点的特性生成每一级处理节点之前和/或之后需使用的转储模型；在激励文件中预埋生成的转储模型，在仿真模块中通过激励文件注入激励，仿真模块根据激励生成相应的转储模型，将转储模型挂载在相应的图像处理节点之前和/或之后。
优选的，所述在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型，还包括：当第一处理节点在第二处理节点之前，且第一处理节点的输出数据直接作为第二处理节点的输入数据使用时，在第一处理节点和第二处理节点之间挂载一个转储模型，所述转储模型用于同时获取第一处理节点之后的数据和第二处理节点之前的数据。
优选的，所述在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型，还包括：当仿真模块包含分支流程时，在每个分支流程中的处理节点的之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型；和/或，当仿真模块包含循环流程时，在循环流程中每次执行的处理节点的之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型。
优选的，所述通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据，具体包括：通过转储模型导出相应位置的数据流，将导出的数据流作为中间数据；和/或，导出仿真过程中相应位置的数字波形信号，将导出的数字波形信号作为中间数据。
优选的，所述通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据，还包括：为每一级处理节点和/或每个转储模型设置相应的宏开关；当宏开关开启时，执行相应的处理节点和/或转储模型；当宏开关关闭时，不执行相应的处理节点和/或转储模型。
优选的，所述将中间数据和/或最终数据与相应的期待数据进行比对，具体包括：基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点的期待图片，将处理节点之后的中间数据的文本数据转换为图片，转换后的图片与期待图片比对；和/或，基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点的期待图片，将处理节点之后的中间数据的波形数据转换为图片，转换后的图片与期待图片比对；和/或，基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点之后的期待文本，将相应处理节点之后的中间数据的文本与期待文本比对。
优选的，所述根据比对结果获取仿真模块中相应处理节点的仿真验证结果，具体包括：当最终数据和所有中间数据都比对成功时，判定仿真模块中所有处理节点进行的图像信号处理功能正常；当一个或多个中间数据比对失败时，判定仿真模块中相应处理节点进行的图像信号处理功能异常。
优选的，所述方法还包括：使用至少二个源数据作为第一源数据集进行仿真验证，获取第一源数据集中每个源数据相应的所有中间数据的比对结果；在第一源数据集中，获取指定处理节点之前所有中间数据都比对成功的源数据，将获取的源数据中指定数量的源数据加入第二源数据集中；关闭指定处理节点之前所有的转储模型，使用第二源数据集中的源数据进行仿真验证。
另一方面，本发明提供了一种图像信号处理的仿真验证装置，具体为：包括至少一个处理器和存储器，至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，存储器存储能被至少一个处理器执行的指令，指令在被处理器执行后，用于完成第一方面中的图像信号处理的仿真验证方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在仿真模块中的每一级处理节点之前和之后挂载转储模型，通过转储模型获取每一级处理节点之前和之后的中间数据。通过对中间数据进行分析，可以在一次仿真验证过程中确认每一级处理节点进行图像信号处理后是否正确，从而准确定位可能出现错误或异常的处理节点，缩短了仿真验证时debug迭代代码版本过程耗费过多的时间，提高ISP硬件设计或算法设计问题定位的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种图像信号处理的仿真验证方法流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种图像信号处理的仿真验证方法流程图；
图3为本发明实施例中转储模型的一种挂载位置的示意图；
图4为本发明实施例中转储模型的另一种挂载位置的示意图；
图5为本发明实施例中转储模型的另一种挂载位置的示意图；
图6为本发明实施例中转储模型的另一种挂载位置的示意图；
图7为本发明实施例提供的方法在实际场景中执行的过程的示意图；
图8为本发明实施例提供的方法在实际场景中的一种数据处理示意图；
图9为本发明实施例提供的方法在实际场景中的另一种数据处理示意图；
图10为本发明实施例提供的方法在实际场景中的另一种数据处理示意图；
图11为本发明实施例提供的一种图像信号处理的仿真验证装置结构示意图；
其中，附图标记如下：
11：处理器；12：存储器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
现有的图像处理过程验证技术，主要以现场可编程门阵列（Field ProgrammableGate Array，简写为FPGA）原型验证和仿真为主。第一种方式：FPGA原型验证通过将ISP核集成进系统级芯片（System on Chip，简写为SoC）上，外接显示器，观察最终输出图像情况。这样的验证过程往往耗费大量时间在FPGA工具映射寄存器传输语言（Register Transferlanguage，简写为RTL）电路和布局布线上，假如当ISP或者SoC工程规模庞大，那么每当发现并解决问题的迭代时间就会随之延长，效率较低。另外一种方式：仿真验证，通过最终从ISP输出的数据转换成图片观察效果，这种方式比起FPGA原型验证版本迭代更加节省时间成本，但如果验证的方式不够针对性，例如未针对上述由ISP内部不同处理节点之间处理异常联合造成的错误进行验证，也不能快速定位到出错的具体节点。
另外，随着业界对分辨率、颜色和真实还原度的质量需求提高，市场常见的ISP处理规格已经达到4K 60fps，所以目前即使仿真一帧1080p可能也需要耗费半天时间，如果不在每一次的仿真过程中用尽可能多的手段去监控或定位ISP各个节点的数据流，或者优化目前的验证方式，那么会错失很多发现问题的机会，导致整个ISP开发流程的推迟。
进行图像信号处理时，需要对前端图像传感器（sensor）输出的信号数据流通过硬件电路或固件中的算法进行图像信号处理，最终输出尽可能真实的还原人眼感官所呈现在视网膜上的图像。进行硬件和算法设计时，需要通过仿真验证确认硬件或算法的正确性以及处理效率，以实现对设计的调整和优化。本发明实施例提供了一种仿真验证方法，能够在不对仿真模块进行软硬件修改的情况下，实现仿真模块中每一个ISP处理节点正确性和处理效果的验证。
如图1所示，本发明实施例提供的图像信号处理的仿真验证方法具体步骤如下。
步骤101：在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型。
在进行图像信号处理时，通常需要经过多级图像处理节点或信号处理节点才能达到所需的效果，在进行仿真时，也需要对每一级处理节点的处理效果进行验证。
在一些实施方式中，通过比对某个处理节点前后的中间数据，判断该处理节点是否存在异常。具体地，可以通过转储模型（dump model）实现中间数据的转储（dump）。转储模型能够对所在位置的数据流进行信号的抓取，抓取的信号会被复制并转存至相应的记录位置进行记录，并最终输出成一份记录结果。
步骤102：将需要进行图像信号处理的源数据输入仿真模块中，通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据，并获取仿真模块输出的最终数据。
进行仿真时，需要模拟从sensor输出的数据流经过各处理节点处理后获取最终数据的过程。首先，需要将真实的数据流或仿真的数据流作为仿真处理的源数据输入至仿真模块中。具体地，可以通过激励文件将源数据搬移至仿真模块中。数据流经过仿真模块中每一级处理节点处理后，会生成新的中间数据，直至生成最终数据。本发明实施例提供的方法中，可以通过步骤101中挂载的转储模型将每个处理节点前后的中间数据进行转储，用于后续的比对验证。
步骤103：将中间数据和/或最终数据与相应的期待数据进行比对，根据比对结果获取仿真模块中相应处理节点的仿真验证结果。
数据流经过每一级处理节点的处理后，若处理正确，会获取到理论上应获取的期待数据。获取到每一级处理节点前后的中间数据，以及全部处理完成后的最终数据后，即可将每一级处理节点之后的期待数据与实际在该位置获取到的中间数据或最终数据进行比对。若实际数据与期待数据一致，表明其之前的一级或多个处理节点的处理正确；若实际数据与期待数据不一致，表明其之前的一级或多个处理节点的处理不正确。
经过本发明实施例中提供的步骤101至步骤103后，即可仅通过一次仿真获取到每一级处理节点的处理后的中间数据，进而根据中间数据验证每一级中间节点是否存在异常。
在一些实施方式中，为了不对仿真模块内部的软硬件结构进行改变，如图2所示，可以通过激励文件向仿真模块中挂载需要使用的转储模型。
步骤201：基于每一级处理节点的特性，生成每一级处理节点之前和/或之后需使用的转储模型。
在每一级处理节点中，都需要对数据流中的像素格式和像素颜色值等进行不同的处理，以达到不同的效果。因此，每个处理节点之前和之后的中间数据，可能具有不同的数据特性。在进行转储时，也需要根据相应的数据特性编写相应的转储模型。可以理解的是，为了适应不同场景的仿真需求，在编写转储模型时，可以在转储模型中设置外部参数，通过外部参数对转储模型进行针对性调整，以提升转储模型的可复用性。
在一些实施方式中，为了便于比对，转储的中间数据通常会被处理为图片格式。因此，还可以将中间数据还原为能够正常显示的图片格式数据。现有技术中，通常仅会基于ISP中某个完整的处理特性或基于仿真模块输出的最终数据的数据特性进行输出。例如，最终数据一般为RGB或YUV格式，只需要使用相应脚本进行每个像素点的数据对齐，即可将仿真模块输出的最终数据还原为能够进行显示的图像文件。而本发明实施例提供的方法中，为了能够获取到每个处理节点处理前后的数据变化，需要对每个处理节点输出的中间数据进行转储，其中某些处理节点的中间数据无法直接转换为能够进行显示的图像文件。因此，每个转储模型都需要根据ISP内部数据流规律和每一级处理节点进行处理前后的数据特性，对每个位置的转储模型进行针对性的转换编写，例如，针对颜色算法插值的处理需要进行反向插值，再将反向插值后的数据作为中间数据进行转储。
步骤202：在激励文件中预埋生成的转储模型，在仿真模块中通过激励文件注入激励，仿真模块根据激励生成相应的转储模型，将转储模型挂载在相应的图像处理节点之前和/或之后。
针对每个处理节点的转储模型编写完成后，为了不改变仿真模块的内部结构，并且便于对转储模型进行复用，在一些实施方式中，转储模型不直接设置在仿真模块中，而是利用激励注入的机制将转储模型预埋在激励文件中。实际实施中，将激励注入仿真模块后，仿真模块识别激励中的内容，获取其中预埋的转储模型，并根据获取到的转储模型生成所需挂载的转储模型，并根据激励中的配置数据将生成的转储模型挂载在所需的位置。由此，可以根据实际需求确定需要挂载的转储模型，也便于根据实际需求对转储模型进行修改和复用。
经过本发明实施例中提供的步骤201和步骤202后，即可在仿真模块中挂载所需的转储模型。
如图3所示，在处理节点之前挂载了转储模型1，用于获取处理之前的中间数据；在处理节点之后挂载了转储模型2，用于获取处理之后的中间数据。图3中，实线箭头表示仿真模块中ISP处理的数据流，虚线箭头表示转储模型获取和转存的数据流。可见，挂载转储模型后，即可获取到相应位置的中间数据，从而实现对相应处理节点中处理结果的验证。
进一步的，如图4所示，当第一处理节点在第二处理节点之前，且第一处理节点的输出数据直接作为第二处理节点的输入数据使用时，在第一处理节点和第二处理节点之间的A点处获取到的数据，为第一处理节点处理后的中间数据，同时也是第二处理节点处理前的中间数据。因此，为了减少进行转储和处理的数据量，仅在第一处理节点和第二处理节点之间挂载一个转储模型，即图4中的转储模型3，该转储模型用于同时获取第一处理节点之后的数据和第二处理节点之前的数据。
在实际的ISP仿真中，根据实际的数据处理需要，可能还存在分支流程或循环处理流程，为了便于定位每个分支或每次循环时可能存在的处理错误，因此，还需要在每个分支或每层循环中挂载转储模型。当仿真模块包含分支流程时，在每个分支流程中的处理节点的之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型。当仿真模块包含循环流程时，如6所示，点A和点B之间的部分为循环流程的循环体，在循环体中每次执行的处理节点的之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型。
在一些实施方式中，可以对所有处理节点进行整体验证，也可以根据需要选择一个或一部分处理节点进行验证。为了不修改仿真模块内部结构，可以通过各种自动化参数确定需要执行的处理节点和转储模型。例如，通过宏开关选择需要执行的处理节点和转储模型，将不需要执行的处理节点和转储模型关闭，以减少仿真的消耗，从而减少仿真验证的整体时间。具体地，为每一级处理节点和/或每个转储模型设置相应的宏开关；当宏开关开启时，执行相应的处理节点和/或转储模型；当宏开关关闭时，不执行相应的处理节点和/或转储模型。
所需的转储模型挂载完成后，即可通过仿真模块中的处理节点进行ISP的仿真，仿真过程中，通过转储模型导出相应位置的数据流，将导出的数据流作为中间数据。在一些实施方式中，还可以将导出的数据流存储在文件或数据库中，以便进行进一步的使用。
另一方面，本发明实施例提供的方法中，通过激励注入的方式挂载和开启转储模型，转储模型只能在仿真开始前进行挂载和开启，仿真开始后无法增加挂载或开启。因此，若某个处理节点的转储模型在仿真开始时未挂载或未打开，则无法在仿真过程获取到该处理节点前后的中间数据，降低验证的覆盖率，导致验证结果不完整或不准确。若必须获取该处理节点前后的中间数据，则需要重新执行仿真过程，大幅减低验证的效率。因此，也可以导出仿真过程中相应位置的数字波形信号，将导出的数字波形信号作为中间数据。数字波形信号是仿真模块的图像信号处理结束后会生成的.fsdb等格式的波形文件，可以通过verdi等工具调用该.fsdb文件或通过脚本处理该.fsdb文件，根据.fsdb文件获取每一级处理之前或之后的数字信号波形，将获取的数字信号波形作为中间数据。通过导出数字波形信号的方式，可以作为使用转储模型获取中间数据的补充，用于弥补未挂载或未开启相应转储模型而导致的验证迭代，无需重新执行仿真过程，从而提高仿真验证的效率。区别于现有的对ISP的验证手段，本发明实施例中通过转储模型和数字波形信号获取中间数据，验证形式更丰富，容错率也更高。
获取中间数据之后，即可将中间数据与期待数据进行比对，以获取每一级处理节点的验证结果。
（1）基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点的期待图片，将处理节点之后的中间数据的文本数据转换为图片，将转换后的图片与期待图片进行比对。
本发明实施例提供的方法中，可以通过转储模型获取仿真过程每个节点前后的中间数据，因此，可以通过比较节点前后的中间数据确定相应节点的数据处理是否正确。通过转储模型获取到中间数据的文本文件后，为了便于直观的查看中间数据和期待数据是否相同，可以将中间数据的文本文件包含的像素信息转换为图片，直接将转换后的图片与期待数据的图片进行比对。
（2）基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点的期待图片，将处理节点之后的中间数据的波形数据转换为图片，将转换后的图片与期待图片进行比对。
本发明实施例提供的方法中，当需要使用某一级处理节点的中间数据，但在仿真过程开始之前未在相应节点前后挂载转储模型，或未开启转储模型，也可以通过仿真模块输出的.fsdb文件等最终数据获取中间数据的波形文件，而无需重新执行仿真过程。通过最终数据获取到中间数据的波形文件后，为了便于直观的查看中间数据和期待数据是否相同，可以将中间数据的波形文件包含的图像信息转换为图片，直接将转换后的图片与期待数据的图片进行比对。
（3）基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点之后的期待文本，将相应处理节点之后的中间数据的文本与期待文本比对。
对于某些错误或异常，如仅有个别像素点存在错误的情况，或中间数据较多的情况，也可以直接将中间数据的文本和期待数据的文本进行比对，由于文本比对可以通过各种方式自动完成，因此相对于通过图片进行肉眼比对更加准确和快速。进一步的，还可以通过对中间数据进行数据分析，获得相应处理节点的错误分析结果，以帮助确定产生功能异常的原因。
通过上述方式，即可完成每一级处理节点相应的中间数据和期待数据的比对。在一些实施方式中，也可以根据实际需要确定生成期待图片和期待文本的数据，以及比对时使用的数据。例如，使用第一级处理节点进行处理之前的源数据生成期待图片或生成期待文本，将最后一级处理节点进行处理之后的最终数据与期待图片或期待文本进行比较。
可以理解的是，对于通过转储模型获取的中间数据，或通过最终数据获取的中间数据，与期待数据进行比对时，可能会存在数据格式不一致的情况；同时，使用不同的仿真方式进行仿真时，同一个处理节点的中间数据也可能会存在数据格式不一致的情况。因此，在进行比对时，还需要根据实际的数据格式，将不同方式获取的中间数据转换为相同的数据格式，或将中间数据和期待数据转换为相同的数据格式。相同的数据格式可以为相同呈现形式的图片，或相同文本格式的文本，或相同呈现形式的数字信号波形等。
在一些实施方式中，同时进行RTL仿真和C model仿真。进行C model仿真或RTL仿真时，转储模型可以直接对C model或RTL中使用的中间变量值作为中间数据进行转储，由于RTL中的处理逻辑通常根据C model编写，因此，RTL和C model中挂载的转储模型所获得的中间数据格式通常也一致。该方式下，C model中的中间变量和转储模型获得的中间数据格式一致，可以直接将C model中相应中间变量的理论值作为期待数据，将转储模型获得的中间数据和期待数据进行比对。
在另一些实施方式中，对于某一级处理节点，仅在处理节点之前挂载了转储模型，可以由转储模型获得处理之前的中间数据，但无法通过转储模型获得处理之后的中间数据。为了对该处理节点前后的中间数据进行比对，还需要通过最终数据获取处理之后的中间数据。具体地，由转储模型获得的中间数据通常为.bin文件，由最终数据的.fsdb文件获得的中间数据通常为数字信号波形，两种方式获得的中间数据格式不同。因此，也需要通过工具或脚本，将所有的中间数据转换为能够直接比对的相同数据格式。
本发明实施例提供过的方法中，获取到了每个处理节点处理前后的中间数据，并获取到了每个处理节点之后的中间数据与期待数据的比对结果。因此，可以通过比对结果判定相应的处理节点是否处理成功。当最终数据和所有中间数据都比对成功时，表明所有的处理节点都处理正确，判定仿真模块中所有处理节点进行的图像信号处理功能正常。当一个或多个中间数据比对失败时，表明相应的处理节点中可能存在处理错误，判定仿真模块中相应处理节点进行的图像信号处理功能异常。
在一些实施方式中，完成比对后，还可以对比对结果进行汇总和输出，从而更直观的给出比对后的结果，提高比对的效率。例如：根据需要逐一打印比对失败的中间数据所在的位置，或在所有比对都成功时打印最终的成功结果。
在一些实施方式中，进行仿真验证时，可能需要验证仿真模块中的硬件或算法是否能够满足不同形式源数据的处理需求。本发明实施例中，还可以将sensor输出的原始数据进行预处理，以获取不同形式的源数据信号数据流。具体地，可以根据需要选择一种或多种预处理方式。以下提供一些可以选用的预处理方式，也可以根据需要使用其它预处理方式。
（1）根据仿真模块需要的图像尺寸和/或分辨率数据，由原始数据生成相应尺寸和/或分辨率的源数据。
提取源数据需要使用的宽度、高度和像素位宽等信息，修改原始数据中相应的信息，以获取相应尺寸或分辨率的源数据。通过尺寸和分辨率的调整，可以减少从sensor输入仿真模块的数据量，从而更快速的完成源数据中每一帧的图像处理，也可以满足不同尺寸和分辨率源数据的仿真验证需求。
（2）根据仿真模块图像信号处理时的数据格式，将原始数据转换为相应格式的源数据。
进行仿真时，对于源数据的数据格式可能也存在特定的要求，因此，还需要根据仿真的要求进行图像数据格式的转换。
（3）根据仿真模块支持的消隐参数，在仿真模块中设置相应的消隐周期，以改变图像信号处理时的消隐方式。
对于不同sensor设备，会存在不同的消隐方式，用于恢复出连续的逐行扫描图像，减少或消除伪影。常见的消隐方式包括：行（水平）消隐、场（垂直）消隐和消隐前肩等。每次进行仿真时，还需要在仿真模块中设置相应的消隐周期，以支持不同设备的不同消隐方式。具体地，消隐周期也可以通过激励文件进行注入。
通过上述预处理方式，即可获取不同类型的源数据，以满足不同的仿真需求。
在一些实施方式中，还可以将仿真模块输出的最终数据再次作为源数据使用，以实现仿真模块输出数据的回环验证，以通过错误或误差的积累情况辅助判定存在错误或需要调整的处理节点。
进一步的，进行仿真验证时，某一个处理节点可能仅在处理某一类数据时会出现错误或异常。为了对不同类型数据的处理效果进行确认，可以使用多个源数据进行多次仿真验证，以确认处理节点会发生错误或异常的数据类型。具体地：使用至少二个源数据作为第一源数据集进行仿真验证，获取第一源数据集中每个源数据相应的所有中间数据的比对结果；在第一源数据集中，获取指定处理节点之前所有中间数据都比对成功的源数据，将获取的源数据中指定数量的源数据加入第二源数据集中；关闭指定处理节点之前所有的转储模型，使用第二源数据集中的源数据进行仿真验证。具体实施中，第一源数据集和第二源数据集中的源数据数量可以根据实际需要确定。需要确保仿真模块支持的所有数据类型都包含多个源数据，以便于确定可能出错的源数据类型；同时，每种类型的源数据数量不应过多，以提高整体的仿真验证效率。
进一步的，在一些实施方式中，指定处理节点可以由仿真模块中的第二级处理节点开始逐级指定，或使用二分法进行指定，或以多级相互关联的处理节点为一组进行指定，当一个指定处理节点第二源数据集中的源数据仿真验证完成后，再将第二源数据集作为新的第一源数据集，获取下一个指定处理节点对应的新的第二源数据集，以实现逐级验证。
在某个具体场景中，仿真模块包含m级处理节点，将仿真模块中第n级处理节点作为指定处理节点，1<n<m。第一源数据集中包含i个源数据，i大于2。首先，打开所有的转储模型，对第一源数据集中的每个源数据进行完整的仿真验证。获取第一源数据集中所有第n级处理节点之前的中间数据都比对正确的源数据，在获取的源数据中选择j个源数据放入第二源数据集中。此时，可以通过统计未加入第二源数据集中的源数据类型，分析第n级处理节点无法正确处理的数据类型，以便于后续进行修改或优化。然后，关闭第n级处理节点之前的转储模型，将指定节点重新设定为第n+1级处理节点，使用第二源数据集作为新的第一源数据集，对其中的每个源数据再次进行仿真验证，进一步获取新的第二源数据集。上述过程可以逐级重复，直至达到处理模块中最后一个处理节点。可见，通过该方式，可以通过第一源数据集中的一组数据，对仿真模块进行不同类型数据处理的仿真验证。同时，对于已验证通过的节点，通过关闭转储模型减少相应的资源消耗，提高验证效率。
在实际实施中，为了提高仿真验证时的自动化程度，可以通过自动化预编译文件（makefile）对执行流程中的可选项进行控制。例如，转储模型的参数、控制处理节点和转储模型的宏开关、中间数据获取方式、数据比对方式、需要执行的预处理方式、是否进行回环验证等。通过makefile中的统一管理和自定义的选项，可以实现一键自定义的仿真需求，将所有步骤和流程简化，并实现转储模型的快速复用。
本发明实施例提供的图像信号处理的仿真验证方法，能够在较短的时间内快速判断造成图像异常的原因，通过转储模型尽可能在每一次仿真中都准确定位到存在功能异常的具体处理节点，并集成不同形式的验证功能为一体，通过自动化的管理方式快速定位仿真模块中的问题点。
基于本发明实施例提供的图像信号处理的仿真验证方法，本发明实施例中提供了一个具体实施场景中使用本发明实施例中方法进行ISP仿真验证的具体过程，该过程中使用的各种数据传递方向如图7中的箭头所示。
本发明实施例提供的方法中，为了便于对参数和配置进行集中管理，并且便于完成自动化处理过程，数据格式转换等处理过程由python语言编写的脚本函数实现或使用verdi工具的fsdbreport命令实现，整个仿真和验证流程所需的参数和执行项目选择都由自动化预编译文件makefile控制。如图7中，每个python圆柱体都是makefile中的一条可执行选项，当选项开启时执行对应的python脚本和fsdbreport命令。图7中，虚线箭头表示可选的数据处理过程。当需要对仿真验证的流程进行调整时，进行在makefile中修改相应参数，即可快速进行调整和复用。
首先执行makefile中预设的图片处理指令，对sensor输出的原始数据进行处理。
如8所示，在步骤301中，由makefile将分辨率参数传递给尺寸调整脚本函数，再由python读取该参数，调用尺寸调整脚本函数（pyhton:resize），提取原始数据中图片的宽度、高度和颜色格式等信息，并修改原始数据的这些信息，实现图片的尺寸调整。本发明实施例的场景中，将1080p分辨率的帧格式的原始数据调整为转换为仿真所需分辨率的RGB格式图片，以减少从sensor输入ISP处理的数据量，从而更快速的完成一帧的处理。
如图9所示，在步骤302中，尺寸调整后的图片将在格式转换脚本函数（pyhton:convert）中转换为可操作数据。本发明实施例中，将RGB格式图片进行反向插值，得到raw格式的bayer排列图像。可以根据实际需要选择bayer排列的形式，以兼容目前bayer格式通用的4种形式：BGGR、RGBG、GRBG和RGGB。转换后的结果是raw格式数据的txt格式文本文件，该文本文件即为需要输入至仿真模块进行图像信号处理的源数据。为了便于管理和复用，makefile将会读取该文本文件，放入至编译型Verilog模拟器（Verilog compilesimulation，简写为：VCS）的仿真数据库（simulate，简写为SIM）中进行调用。同时，VCS SIM中也可以保存所有的参数和宏开关等。
如图10所示，可以选择执行步骤303中的消隐处理。将源数据输入仿真模块之前，可以通过system verilog编写仿真激励文件，灌入仿真模块所支持的行场消隐周期，以完成可调空白窗口中相应的行消隐。若仿真模块支持不同规格的摄像头等sensor，则可能会有一种及以上的消隐周期，而消隐周期可以通过添加不同的宏开关改变当前仿真模块支持的消隐期，该宏开关由makefile管理。
当确定了以上输入仿真模块的数据源，通过步骤304，由testbench等激励文件向仿真模块中灌入激励。本发明实施例中，仿真模块的硬件仿真部分和算法仿真部分。硬件仿真部分使用ISP的RTL代码实现，RTL是一种通过硬件描述语言生成的底层代码，使用专用的工具可以通过该RTL代码映射出真实的硬件电路，以还原真实硬件效果。算法仿真部分使用C model实现，C model是一种用C语言描述ISP的软件模块，这个模块或程序通常包含一组相关的函数和数据结构，以完成ISP内部图像处理算法的任务。进行仿真验证时，包含源数据的激励可以仅输入一种形式的仿真部分，也可以分为相同的两份分别输入两种形式的仿真部分。
在实际的芯片设计过程中，由于C model更易编写和修改，因此通常先在C model上实现内部功能，再根据C model编写相应的RTL代码。同时，为了提高开发效率或便于模块化调试验证，也可以分模块编写RTL代码，并将不同的处理过程分别使用RTL和C model进行仿真。例如：完成C model的编写和验证之后，可以根据RTL代码的开发进度，使用完成编写的RTL逐步替换C model相应处理节点，无需完成全部RTL编写后再开始仿真测试，以加快开发进度；或，将RTL可能错误的部分用已经验证通过的对应C model进行数据处理，以确认RTL是否确实存在错误，以便于进行错误定位。
当选定好数据源及消隐时间后，ISP会接收到激励文件搬移输入的源数据，开始对这个数据流做逐级图像处理。本发明实施例中，基于system verilog编写转储模型，用于将中间数据排列为raw、RGB和YUV等格式并输出成文本文件，并将转储模型预埋在激励文件中。注入激励时，通过步骤305，可以在仿真模块内部的每一级处理节点外挂相应的转储模型，并且将makefile中的宏开关的传递至仿真节点中以控制需要执行的处理节点和转储模型。在ISP对图像进行各个阶段进行图像信号处理时，挂载且开启的转储模型可以将各处理节点前后的中间数据导出，并将导出的中间数据保存在.bin文件中。
当需要某个处理节点的中间数据，但步骤305中为挂载或未开启，可以选择步骤306-1，通过verdi的fsdbreport指令，在完成仿真后直接分析fsdb波形文件，从fsdb文件导出某个处理节点需要转储的像素数据并输出成可读文件，节省了重新执行仿真的时间。可以自定义需要转储的信号名，甚至获取在特定的条件下需要的波形信号数据，并最终以.txt格式文件输出。该方式同样可以集成进makefile变为可选择性执行，比如通过runlistfsdb命令将.fsdb的文件路径、需要转储的信号名、转储的特定调节和转储时间范围等传参给makefile，再由makefile执行该verdi的fsdbreport命令，最终输出成.txt可读文件。
在上述方式的转储过程结束后，一共会产生3种文件类型的中间数据。（1）ISP RTL内部由外挂的转储模型输出的.bin文件，（2）由verdi工具fsdbreport指令输出的.txt的中间文件，（3）C model输出同样代表各个处理节点的数据流.bin文件。
获取中间数据文件后，即可将中间数据和期待进行比对，以获取最终的验证结果。本发明实施例中，也可以由makefile管理比对的方式的选择。（1）按照步骤306和306-2，makefile通过调用脚本函数pyhton:bin2img将所有处理节点输出的.bin文件转换为图片，同时，makefile通过调用脚本函数pyhton:txt2img将.fsdb转换获得的txt文件转换成图片，从而得出的各个处理节点中间数据对应的图片，将的到的图片与期待图片比对，以定位存在问题的处理节点，或者观察图像处理的效果。（2）如步骤307所示，makefile执行脚本函数python:diff_detect，将ISP RTL和ISP C model输出的.bin文件中的中间数据与期待数据比对。当每一级处理节点都比对成功时，最终打印“case pass”；当某一级或多级处理节点比对失败时，最终打印“case n”，n表示比对失败的节点。
可选的，由步骤306和步骤306-2的方式转换生成的图片，最终都可以重新应用回ISP的输入端进行回环的处理，例如回到步骤302的位置，通过脚本函数pyhton:convert进行数据转换，获取到所需形式的源数据，再次输入到仿真模块中进行回环验证。
由上述实际实施过程可见，本发明实施例中提供的图像信号处理的仿真验证方法，在实际实施中，能够实现由makefile管理的可控流程，通过集成vcs、python、verdi、systemverilog为一体的验证方式，实现各个处理节点算法与验证结合的转储转换方式，方便快捷的获取到每个处理节点的中间数据，以判断每一级处理节点是否处理成功。
在本发明实施例提供的图像信号处理的仿真验证方法的基础上，本发明还提供了一种可用于实现上述方法的图像信号处理的仿真验证装置，如图11所示，是本发明实施例的装置架构示意图。本发明实施例的图像信号处理的仿真验证装置包括一个或多个处理器11以及存储器12。其中，图11中以一个处理器11为例。
处理器11和存储器12可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。
存储器12作为一种图像信号处理的仿真验证方法非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的图像信号处理的仿真验证方法。处理器11通过运行存储在存储器12中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行图像信号处理的仿真验证装置的各种功能应用以及数据处理，即实现本发明实施例的图像信号处理的仿真验证方法。例如，存储器12可以用于执行图7中各圆柱体所示的python脚本和fsdbreport命令，以及步骤301至步骤307中的数据处理过程。
存储器12可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器12可选包括相对于处理器11远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器11。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。本发明实施例中，存储器可以用于存储需要使用的源数据、预编译文件、仿真数据库、作为中间数据的.bin文件、作为最终数据的.fsdb文件、经过处理后输出的验证结果等。
程序指令/模块存储在存储器12中，当被一个或者多个处理器11执行时，执行本发明实施例中的图像信号处理的仿真验证方法，例如，执行以上描述的图1和图2所示的各个步骤。
本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（Read Only Memory，简写为：ROM）、随机存取存储器（Random AccessMemory，简写为：RAM）、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，包括：
根据图像信号处理的数据流规律和每一级处理节点进行处理前后的数据特性，对每个转储模型进行针对性的转换编写，以生成每一级处理节点之前和/或之后需使用的转储模型；在激励文件中预埋生成的转储模型，在仿真模块中通过激励文件注入激励，仿真模块根据激励生成相应的转储模型，将转储模型挂载在相应的图像处理节点之前和/或之后；
将需要进行图像信号处理的源数据输入仿真模块中，通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据，并获取仿真模块输出的最终数据；
将中间数据和/或最终数据与相应的期待数据进行比对，根据比对结果获取仿真模块中相应处理节点的仿真验证结果，其中，所述期待数据包括期待图片和/或期待文本；
其中，使用至少二个源数据作为第一源数据集进行仿真验证，获取第一源数据集中每个源数据相应的所有中间数据的比对结果；在第一源数据集中，获取指定处理节点之前所有中间数据都比对成功的源数据，将获取的源数据中指定数量的源数据加入第二源数据集中；关闭指定处理节点之前所有的转储模型，使用第二源数据集中的源数据进行仿真验证。
2.根据权利要求1所述的图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，所述将转储模型挂载在相应的图像处理节点之前和/或之后包括：
当第一处理节点在第二处理节点之前，且第一处理节点的输出数据直接作为第二处理节点的输入数据使用时，在第一处理节点和第二处理节点之间挂载一个转储模型，所述转储模型用于同时获取第一处理节点之后的数据和第二处理节点之前的数据。
3.根据权利要求1所述的图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，所述在仿真模块中的每一级处理节点之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型包括：
当仿真模块包含分支流程时，在每个分支流程中的处理节点的之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型；
和/或，当仿真模块包含循环流程时，在循环流程中每次执行的处理节点的之前和/或之后，挂载中间数据的转储模型。
4.根据权利要求1所述的图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，所述通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据包括：
通过转储模型导出相应位置的数据流，将导出的数据流作为中间数据；
和/或，导出仿真过程中相应位置的数字波形信号，将导出的数字波形信号作为中间数据。
5.根据权利要求1所述的图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，所述通过转储模型获取相应处理节点进行图像信号处理之前和/或之后的中间数据包括：
为每一级处理节点和/或每个转储模型设置相应的宏开关；
当宏开关开启时，执行相应的处理节点和/或转储模型；
当宏开关关闭时，不执行相应的处理节点和/或转储模型。
6.根据权利要求1所述的图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，所述将中间数据和/或最终数据与相应的期待数据进行比对包括：
基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点的期待图片，将处理节点之后的中间数据的文本数据转换为图片，转换后的图片与期待图片比对；
和/或，基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点的期待图片，将处理节点之后的中间数据的波形数据转换为图片，转换后的图片与期待图片比对；
和/或，基于每一级处理节点之前的中间数据生成相应处理节点之后的期待文本，将相应处理节点之后的中间数据的文本与期待文本比对。
7.根据权利要求1所述的图像信号处理的仿真验证方法，其特征在于，所述根据比对结果获取仿真模块中相应处理节点的仿真验证结果包括：
当最终数据和所有中间数据都比对成功时，判定仿真模块中所有处理节点进行的图像信号处理功能正常；
当一个或多个中间数据比对失败时，判定仿真模块中相应处理节点进行的图像信号处理功能异常。
8.一种图像信号处理的仿真验证装置，其特征在于：
包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成权利要求1至7中任一项所述的图像信号处理的仿真验证方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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