1、一種通用的基于FPGA的視頻和圖像處理可重構(gòu)平臺(tái)Jie Li, Haibo He, Hong Man史蒂文斯科技學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)工程系美國(guó)新澤西州07030霍博肯 jli8，hhe，Hong.Man Sachi Desai美國(guó)陸軍武器研究發(fā)展和工程中心（ARDEC）新澤西州07806皮卡汀尼 sachi.desai 摘要本文提出了一種通用的多任務(wù)可重構(gòu)的視頻和圖像處理的平臺(tái)。如今在許多視頻和圖像處理應(yīng)用中，對(duì)處理能力的要求越來(lái)越高。所以超越軟件實(shí)現(xiàn)，提供實(shí)時(shí)、低成本、高性能、可擴(kuò)展硬件平臺(tái)很重要。在本論文中，我們提出一個(gè)系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)中運(yùn)用強(qiáng)大的并行處理結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)

2、。根據(jù)擬議系統(tǒng)的層次體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)策略，在Xilinx的Virtex - II FPGA的嵌入式一體化處理器，內(nèi)存控制和接口技術(shù)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)原型系統(tǒng)。我們的系統(tǒng)包括不同的功能模塊，如邊緣檢測(cè)，放大和縮小的功能，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，它使該系統(tǒng)作為通用的視頻處理平臺(tái)的靈活性很強(qiáng)。最終的系統(tǒng)利用了20的邏輯資源，50的片內(nèi)存儲(chǔ)器，總功率消耗約203mw。關(guān)鍵詞可重構(gòu)系統(tǒng)，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)，視頻和圖像處理，邊緣檢測(cè)，圖像縮放。1、引言視頻和圖像處理在當(dāng)今消費(fèi)電子產(chǎn)品社會(huì)中發(fā)揮了重要作用。在過(guò)去幾十年來(lái)，關(guān)于這種技術(shù)，我們目睹了巨大的技術(shù)發(fā)展。隨著這方面不斷的技術(shù)革新，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品的研究團(tuán)體中已經(jīng)提出許

3、多新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。例如，視頻切換技術(shù)從標(biāo)準(zhǔn)清晰度（SD）到高清晰度（HD）處理的數(shù)據(jù)需要增加6倍1。視頻監(jiān)控也在不斷變化，從傳統(tǒng)的通用中間格式（CIF）到D1的標(biāo)準(zhǔn)。為此，要增加處理能力的要求，如帶寬，實(shí)時(shí)計(jì)算，低延遲，高產(chǎn)能和低功耗，一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界主要努力研究的焦點(diǎn)。視頻和圖像處理傳統(tǒng)的計(jì)算通常需要高性能的專用硬件實(shí)現(xiàn)。雖然這樣的專用集成電路（ASIC）通?？梢蕴峁└呙芏裙?jié)能系統(tǒng)，但它需要一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程。幸運(yùn)的是，亞微米和深亞微米技術(shù)的發(fā)展使FPGA成為許多應(yīng)用程序的強(qiáng)大的硬件平臺(tái)23。例如，一個(gè)命名為Winscale的使用區(qū)域像素模型的圖像縮放算法在FPGA已實(shí)施4。此實(shí)現(xiàn)有五個(gè)

4、功能塊，包括預(yù)分頻器、行緩沖器、win濾波器、過(guò)濾器窗口內(nèi)插器和濾波參數(shù)發(fā)生器。經(jīng)過(guò)綜合，最終的系統(tǒng)總共有29000個(gè)NAND等效門。在文獻(xiàn)5中，有一個(gè)基于FPGA的 SPIHT算法，一個(gè)基于小波的圖像壓縮編碼器。各類離散小波的變換結(jié)構(gòu)，是利用三個(gè)Xilinx Virtex 2000E FPGA程序在WildStar處理器板實(shí)現(xiàn)。據(jù)報(bào)道，最終的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)微處理器解決方案450倍提速。在文獻(xiàn)6中提出了一個(gè)基于FPGA的實(shí)時(shí)光流處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用流水線結(jié)構(gòu)，并在Xilinx XCV2000E的Virtex FPGA中實(shí)現(xiàn)。軟件仿真和硬件測(cè)試結(jié)果都說(shuō)明了該方法的有效性。在文獻(xiàn)7中，提出了一種

5、液晶電視視頻處理引擎，具有精確的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和人工消除鋸齒能力。該系統(tǒng)使用視頻領(lǐng)域的時(shí)間和空間信息來(lái)作精確運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，并通過(guò)一個(gè)窗口擴(kuò)大搜索方法來(lái)低角度邊緣檢測(cè)。并提交了系統(tǒng)級(jí)FPGA架構(gòu)以及各種仿真和驗(yàn)證結(jié)果。在文獻(xiàn)8中，提出一種實(shí)施低成本電視機(jī)頂盒（STB）的方法能擴(kuò)大跡象圖像，解碼非公開(kāi)字幕的方法。 這個(gè)系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵包括一個(gè)27 MHz的8位微控制器，一個(gè)圖像擴(kuò)展器和一個(gè)屏幕上顯示單元。據(jù)報(bào)道，該系統(tǒng)能解碼泰語(yǔ)和英文字幕。文獻(xiàn)9中，提出一個(gè)多窗口的部分緩沖（MWPB）計(jì)劃，作為圖像和視頻處理的二維卷積器。與所有備選計(jì)劃相比較，MWPB計(jì)劃使片上資源的利用和外部存儲(chǔ)器總線帶寬可以良好的

6、平衡?；贔PGA的視頻和圖像處理系統(tǒng)的其他工程包括運(yùn)動(dòng)的數(shù)字電影攝影機(jī)系統(tǒng)的JPEG2000 10，在Xilinx的Virtex - II的 FPGA實(shí)現(xiàn)的一個(gè)完全頻率復(fù)用平面濾波器模塊（FMFPM） 11等等。現(xiàn)有的FPGA設(shè)計(jì)大多集中在實(shí)施具體算法領(lǐng)域的具體應(yīng)用。如果有的話，目前也只有極少數(shù)通用硬件平臺(tái)支持和促進(jìn)復(fù)雜的視頻和圖像處理。因此，重構(gòu)、成本低、可擴(kuò)展的平臺(tái)對(duì)于這一領(lǐng)域是高度可取的。為此，我們提出了一個(gè)包括嵌入式處理器、內(nèi)存控制和接口技術(shù)的基于FPGA的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。本文的其余部分組織如下。第二節(jié)介紹了所提出的FPGA平臺(tái)的系統(tǒng)高層體系結(jié)構(gòu)。在第三節(jié)中，我們提出了詳細(xì)的實(shí)施

7、以及設(shè)計(jì)出不同功能模塊的結(jié)構(gòu)。第四節(jié)給出了在不同的視頻處理應(yīng)用各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，第五節(jié)得出了結(jié)論并簡(jiǎn)單討論了對(duì)今后的研究方向。2、基于FPGA的視頻和圖像處理平臺(tái) 2.1、系統(tǒng)級(jí)體系結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)復(fù)雜的視頻應(yīng)用程序需要在不同的模塊同步處理數(shù)據(jù)。為這樣一個(gè)目的，F(xiàn)PGA的高度并行的數(shù)據(jù)操作的特點(diǎn)使它的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不同的應(yīng)用需求和規(guī)格，不同類別FPGA的芯片可以被使用。在我們目前的設(shè)計(jì)，我們使用一個(gè)低成本高端FPGA產(chǎn)品，以Virtex - II Pro系列（XC2VP30）為原型平臺(tái)。在0.13微米工藝技術(shù)下制備的Virtex - II Pro系列提供一個(gè)良好的平臺(tái)，以滿足不同

8、的設(shè)計(jì)要求。例如， XC2VP30 FPGA包括雙電源PC的核心、超過(guò)三萬(wàn)邏輯元件和2Mbits嵌入式RAM 12。相對(duì)于傳統(tǒng)的DSP，根據(jù)設(shè)計(jì)，XC2VP30 FPGA可以有效地并行實(shí)現(xiàn)乘法和累加（MAC）操作，另外，每個(gè)處理器的行為或周邊核心可定制。圖 1提供了所提出的視頻處理平臺(tái)系統(tǒng)級(jí)體系結(jié)構(gòu)。圖1所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級(jí)體系結(jié)構(gòu)在我們的系統(tǒng)，視頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板（ADC）用于捕獲國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)（NTSC）信號(hào)及將其數(shù)字化成CCIR 601/656格式。圖1所示體系結(jié)構(gòu)展示了實(shí)施不同的視頻和圖像處理功能模塊的靈活性。在我們目前的設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)實(shí)施了三個(gè)處理功能：放大、縮小和邊緣檢測(cè)。圖 2顯示了

9、所提出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程。人們可以輕松地?cái)U(kuò)展此架構(gòu)，以包括更多的模塊，或測(cè)試自己的設(shè)計(jì)理念，或者以此平臺(tái)為基礎(chǔ)的算法。從圖2我們可以看到，所提出系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)包括五大功能模塊（突出顯示的省略號(hào)）：用戶的特定圖2 所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程功能模塊、視頻混合器模塊、色彩空間轉(zhuǎn)換器模塊、反交錯(cuò)模塊和跨集成電路（I2C）的配置模塊。用戶特定的功能模塊根據(jù)不同的視頻處理應(yīng)用實(shí)施大部分功能。這個(gè)功能盒在不同的應(yīng)用場(chǎng)景均可擴(kuò)展。視頻混合器模塊可以運(yùn)用Alpha混合混頻器功能混合不同視頻層。該模塊對(duì)子母畫面混合和圖像融合都支持。每個(gè)視頻層可在運(yùn)行時(shí)間獨(dú)立顯示。色彩空間轉(zhuǎn)換器模塊在色彩空間之間轉(zhuǎn)換傳入的視頻

10、數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用三個(gè)坐標(biāo)值指定。該模塊支持在預(yù)先定義的標(biāo)準(zhǔn)顏色之間的空間轉(zhuǎn)換，并允許用戶指定系數(shù)的兩種任何三值的色彩空間的轉(zhuǎn)換。隔行掃描視頻是常用的電視標(biāo)準(zhǔn)如相交替線（PAL）和NTSC。然而，液晶顯示器需要逐行掃描視頻。因此，反交錯(cuò)模塊將隔行掃描視頻轉(zhuǎn)換成逐行掃描視頻。我們使用嵌入式 PowerPC405微處理器，通過(guò)編程該模擬裝置的運(yùn)作模式即視屏的ADV7183B解碼器在子卡上以實(shí)現(xiàn)的I2C配置功能。從圖2可以看到，所提出系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是它提供了一個(gè)可擴(kuò)展模塊，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)不同的功能。這提供了運(yùn)用這種系統(tǒng)作為一個(gè)通用的視頻和圖像處理平臺(tái)在不同應(yīng)用程序域的靈活性。在我們目前的研

11、究中，我們實(shí)現(xiàn)了邊緣檢測(cè)和縮放（放大和縮?。┕δ?，這些在許多復(fù)雜的視頻處理應(yīng)用中是重要的步驟。 2.2四個(gè)方向的邊緣檢測(cè)邊緣檢測(cè)是多數(shù)圖像處理應(yīng)用程序中特征提取和對(duì)象分割前獲得有用信息的根本和關(guān)鍵技術(shù)。這個(gè)過(guò)程在對(duì)象與背景之間檢測(cè)對(duì)象輪廓和邊界。在本研究中，我們實(shí)現(xiàn)了在邊緣檢測(cè)中的四個(gè)方向索貝爾算子13。在運(yùn)行時(shí)間期間該檢測(cè)分辨率和濾波器系數(shù)可以動(dòng)態(tài)地改變。 一般來(lái)說(shuō)，索貝爾算子是基于一個(gè)圖片二維空間梯度測(cè)量上檢測(cè)邊緣。這是通過(guò)運(yùn)用一個(gè)過(guò)濾掩飾器（卷積積分）計(jì)算圖像的卷積來(lái)計(jì)算近似梯度幅值13。通常情況下，卷積核是逐個(gè)像素和逐行掃描整個(gè)圖像，可定義為： 其中，gi,j代表卷積核，n和m是卷積內(nèi)

12、核在兩個(gè)維度的大小，fi,j和hi,j分別代表原圖像和過(guò)濾圖像。在我們的設(shè)計(jì)中一個(gè)3*3內(nèi)核是用于產(chǎn)生強(qiáng)度梯度圖。這是通過(guò)運(yùn)用四個(gè)方向的卷積內(nèi)核源視頻幀計(jì)算四個(gè)方向的梯度。圖3說(shuō)明了這種想法。 圖3四個(gè)方向的邊緣檢測(cè)為了實(shí)現(xiàn)這四個(gè)方向的邊緣檢測(cè)，圖4提出了一般的二維圖像過(guò)濾器。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，兩線緩沖器和六個(gè)寄存器用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流并提供訪問(wèn)相鄰像素。該傳入的像素是通過(guò)線緩沖轉(zhuǎn)移從而創(chuàng)造一個(gè)延遲線，與所有有關(guān)的視頻線路像素同時(shí)發(fā)送到過(guò)濾器陣列。在每一個(gè)過(guò)濾器節(jié)點(diǎn)，這個(gè)像素乘以適當(dāng)?shù)臑V波器系數(shù)，如圖3所示。所有的乘數(shù)結(jié)果加起來(lái)在加法器樹(shù)產(chǎn)考過(guò)濾器的中間點(diǎn)輸出結(jié)果。從圖4可以看出，計(jì)算的卷積的結(jié)果需要四

13、個(gè)加法器和九個(gè)乘法器。圖4 四個(gè)方向的邊緣檢測(cè)的設(shè)計(jì) 2.3縮放功能：圖像放大和縮小縮放是另一個(gè)在許多視頻處理應(yīng)用廣泛使用的技術(shù)。 在本研究中，我們?cè)跀U(kuò)展功能模塊中實(shí)現(xiàn)了放大和縮小功能。目前關(guān)于放大功能方面有幾種流行的算法，如最近鄰法和雙線性插值法14。我們目前的設(shè)計(jì)支持這兩種方法，可配置更改的方案以及在運(yùn)行期間設(shè)置濾波器系數(shù)。圖5作為一個(gè)例子給出了雙線性插值方法詳細(xì)的設(shè)計(jì)架構(gòu)。不失一般性，我們假定高端的因素有兩個(gè)，一個(gè)需要放大為原始圖像四倍。圖5說(shuō)明了用來(lái)生成圖像新的像素和新行的方法。首先， n行 和n +1行之間的新的像素由各行1/2原素結(jié)合而成。然后，生成兩垂直像素線之間的新像素。在我們

14、的設(shè)計(jì)，需用兩路視頻幀緩沖區(qū)：一個(gè)是用來(lái)存儲(chǔ)亮度信號(hào)，另一個(gè)是用來(lái)存放色度信號(hào)。圖5視頻處理放大功能設(shè)計(jì)圖6說(shuō)明了實(shí)施縮小功能的設(shè)計(jì)。為了消除混頻效應(yīng)，傳入的圖像首先通過(guò)一個(gè)低通濾波器。然后運(yùn)用雙線性插值方法計(jì)算新的像素。假設(shè)縮小圖像是原始圖像的四分之一，圖6顯示的數(shù)據(jù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，其中Cb和Cr代表視頻色度數(shù)據(jù)，Y代表視頻亮度數(shù)據(jù)。圖6視頻圖像縮小功能的設(shè)計(jì) 3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3.1系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)我們基于Xilinx Virtex - II Pro的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)。圖7顯示了硬件平臺(tái)與主要部件。電路板XC2VP30 FPGA芯片有大約30816個(gè)邏輯單元，136個(gè)18位乘法器，2,

15、448 KB的RAM塊，以及兩個(gè)PowerPC處理器。DDR SDRAM DIMM內(nèi)存可分配高達(dá)2GB的RAM。此板也有很多有用的接口端口，如10/100以太網(wǎng)端口、CF卡插槽、XSGA視頻端口、RS - 232端口，等等。它也有不同的擴(kuò)展連接器來(lái)擴(kuò)大該板的可用性，以滿足不同的視頻的要求和圖像處理應(yīng)用。我們對(duì)這一系統(tǒng)的主要目的是落實(shí)整個(gè)硬件平臺(tái)，以提供一個(gè)通用的視頻圖像處理解決方案，并通過(guò)各種應(yīng)用場(chǎng)景證明其有效性。圖7所提到的FPGA平臺(tái)為了驗(yàn)證時(shí)序和邏輯功能，整個(gè)系統(tǒng)由Xilinx集成軟件環(huán)境（ISE 9.1i）工具包模擬進(jìn)行廣泛的仿真和邏輯分析。圖8顯示了系統(tǒng)邏輯快照和時(shí)序模擬結(jié)果。該系統(tǒng)

16、操作的時(shí)鐘是27MHz（CLK 27信號(hào)）。 pcount信號(hào)記錄行像素?cái)?shù)， firstline數(shù)據(jù)、secondline數(shù)據(jù)和thirdline數(shù)據(jù)是三線輸入的視頻數(shù)據(jù)。我們通過(guò)fifo wen和fifo ren信號(hào)操作行緩沖區(qū)，通過(guò)從原始輸入視頻流延遲適當(dāng)數(shù)目的時(shí)鐘生成background信號(hào)（background7）。圖8一個(gè)系統(tǒng)的快照邏輯模擬由混合背景信號(hào)與處理視頻數(shù)據(jù)（f數(shù)據(jù)信號(hào)），我們可以得到最后的輸出信號(hào)（SDI O信號(hào)）。從圖8可以看到，一個(gè)像素的操作需要10個(gè)時(shí)鐘脈沖處理時(shí)間。表1總結(jié)了最終系統(tǒng)的主要資源利用率特點(diǎn)，從中可以看到最后的系統(tǒng)利用大約20的邏輯資源，50的片上存儲(chǔ)

17、器，總功率消費(fèi)約203mw。硬件資源可用已用利用率占用的片4輸入LUT總數(shù)27392529319%鍵合IBO的數(shù)量556427%PPC405的數(shù)量2150%RAM塊數(shù)量1367051%MULT18X18的數(shù)量13653%CCLK的數(shù)量16212%3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果在本節(jié)中，我們展示了硬件系統(tǒng)在不同的視頻處理應(yīng)用的效能。輸入視頻可以通過(guò)攝像系統(tǒng)或其他視頻設(shè)備得到。圖9顯示的結(jié)果是使用相機(jī)系統(tǒng)從不同的環(huán)境捕捉到的圖像數(shù)據(jù)。圖9（a）為原始圖像，圖9（b）說(shuō)明了邊緣檢測(cè)功能作用。圖9（c）在同一窗口展示了所有的功能模塊，包括邊緣檢測(cè)、放大和縮小。所有這些功能可以通過(guò)在FPGA上

18、板按鈕簡(jiǎn)單地控制（系統(tǒng)詳細(xì)信息見(jiàn)圖7）。圖9基于攝像機(jī)輸入數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性能4結(jié)論和未來(lái)工作展望在本論文中，我們提出了一種基于FPGA的通用的和多任務(wù)的視頻和圖像處理原型系統(tǒng)。本文給出了系統(tǒng)級(jí)硬件結(jié)構(gòu)和詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。最終的系統(tǒng)實(shí)施使用具有XC2VP30 FPGA芯片的 Xilinx Virtex - II Pro的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。綜合結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)采用了只有約20的邏輯資源，50的片上存儲(chǔ)器，總功率消耗約為203mw。該系統(tǒng)提供了一個(gè)可擴(kuò)展和實(shí)時(shí)重構(gòu)平臺(tái)，以滿足多種視頻處理應(yīng)用的需求。此外，該系統(tǒng)的可重構(gòu)和可擴(kuò)展特性，使其易于修改，以將不同的視頻和圖像處理方案嵌入。各種各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了文中提到的

19、的原型有效性。在今后的工作中，整合更加復(fù)雜視頻處理模塊到這個(gè)平臺(tái)的將是很有趣的。例如，在本研究中的邊緣檢測(cè)功能的基礎(chǔ)上，大物體的識(shí)別算法實(shí)施到這個(gè)系統(tǒng)上是非常有用的。此外，由于計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)技術(shù)已被廣泛用于視頻和圖像處理，在此原型基礎(chǔ)上發(fā)展各種學(xué)習(xí)算法將是很有趣的。例如，我們目前正在設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的遞增式學(xué)習(xí)視頻應(yīng)用系統(tǒng)。關(guān)鍵的思想是在硬件上發(fā)展增量學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)，以達(dá)到學(xué)習(xí)和積累多樣的目標(biāo)識(shí)別和定位知識(shí)的目的。通過(guò)本文中我們的研究啟發(fā)，我們相信這樣的基于FPGA的系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界的視頻和圖像處理應(yīng)用中將提供一個(gè)有力的平臺(tái)。致謝這項(xiàng)工作部分由皮卡汀尼美國(guó)陸軍裝備研究發(fā)展和工程中心（ARDEC）支

20、持完成.根據(jù)批準(zhǔn)號(hào)NO.W15QKN - 05 - D - 0011。參考文獻(xiàn) 1. Video and Image Processing Design Using FPGAs, Altera Corporation,/literature/wp/wp-video0306.pdf2. Benkrid, K., Crookes, D., Benkrid, A.: Towards a General Framework for FPGABased Image Processing Using Hardware Skeletons. Parallel Computing 28(7-8),114111

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26、數(shù)應(yīng)用一、進(jìn)程處理函數(shù)1、進(jìn)程啟動(dòng)函數(shù)函數(shù)名eval調(diào)用語(yǔ)法eval(string)解說(shuō)將string看作Perl語(yǔ)句執(zhí)行。正確執(zhí)行后，系統(tǒng)變量$為空串，如果有錯(cuò)誤，$中為錯(cuò)誤信息。例子$print = print (hello,worldn);eval ($print);結(jié)果輸出hello, world函數(shù)名system調(diào)用語(yǔ)法system(list)解說(shuō)list中第一個(gè)元素為程序名，其余為參數(shù)。system啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行程序并等待其結(jié)束，程序結(jié)束后錯(cuò)誤代碼左移八位成為返回值。例子proglist = (echo, hello,world!);system(proglist);結(jié)果輸出he

27、llo, world!函數(shù)名fork調(diào)用語(yǔ)法procid = fork();解說(shuō)創(chuàng)建程序的兩個(gè)拷貝-父進(jìn)程和子進(jìn)程-同時(shí)運(yùn)行。子進(jìn)程返回零，父進(jìn)程返回非零值，此值為子程序的進(jìn)程ID號(hào)。例子$retval = fork();if ($retval = 0) # this is the child process exit; # this terminates the child process else # this is the parent process結(jié)果輸出無(wú)函數(shù)名pipe調(diào)用語(yǔ)法pipe (infile, outfile);解說(shuō)與fork合用，給父進(jìn)程和子進(jìn)程提供通信的方式。送到ou

28、tfile文件變量的信息可以通過(guò)infile文件變量讀取。步驟：1、調(diào)用pipe2、用fork將程序分成父進(jìn)程和子進(jìn)程3、一個(gè)進(jìn)程關(guān)掉infile，另一個(gè)關(guān)掉outfile例子pipe (INPUT, OUTPUT);$retval = fork();if ($retval != 0) # this is the parent process close (INPUT); print (Enter a line of input:n); $line = ; print OUTPUT ($line); else # this is the child process close (OUTPUT)

29、; $line = ; print ($line); exit (0);結(jié)果輸出$programEnter a line of input:Here is a test lineHere is a test line$函數(shù)名exec調(diào)用語(yǔ)法exec (list);解說(shuō)與system類似，區(qū)別是啟動(dòng)新進(jìn)程前結(jié)束當(dāng)前程序。常與fork合用，當(dāng)fork分成兩個(gè)進(jìn)程后，子進(jìn)程用exec啟動(dòng)另一個(gè)程序。例子 結(jié)果輸出函數(shù)名syscall調(diào)用語(yǔ)法syscall (list);解說(shuō)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，list第一個(gè)元素是系統(tǒng)調(diào)用名，其余為參數(shù)。如果參數(shù)是數(shù)字，就轉(zhuǎn)化成C的整型數(shù)(type int)。否則傳遞字符串

30、的指針。詳見(jiàn)UNIX的幫助或Perl文檔。使用syscall必須包含文件syscall.pl，即：require (syscall.ph); 例子結(jié)果輸出2、進(jìn)程終止函數(shù)函數(shù)名Die調(diào)用語(yǔ)法die (message);解說(shuō)終止程序并向STDERR輸出錯(cuò)誤信息。message可以為字符串或列表。如果最后一個(gè)參數(shù)不包含換行符，則程序文件名和行號(hào)也被輸出。例子die (Cannot open input file);結(jié)果輸出Cannot open input file at myprog line 6.函數(shù)名warn調(diào)用語(yǔ)法warn (message);解說(shuō)與die類似，區(qū)別是不終止程序。例子war

31、n(Danger! Danger!n);結(jié)果輸出Danger! Danger!函數(shù)名exit調(diào)用語(yǔ)法exit (retcode);解說(shuō)終止程序并指定返回值。例子exit(2);結(jié)果輸出無(wú)函數(shù)名kill調(diào)用語(yǔ)法kill (signal, proclist);解說(shuō)給一組進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。signal是發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，9為殺掉進(jìn)程。proclist是進(jìn)程ID列表。詳見(jiàn)kill的UNIX幫助。例子結(jié)果輸出3、進(jìn)程控制函數(shù)函數(shù)名sleep調(diào)用語(yǔ)法sleep (time);解說(shuō)將程序暫停一段時(shí)間。time是停止的秒數(shù)。返回值為實(shí)際停止的秒數(shù)。例子sleep (5);結(jié)果輸出無(wú)函數(shù)名wait調(diào)用語(yǔ)法procid

32、 = wait();解說(shuō)暫停程序執(zhí)行，等待子進(jìn)程終止。不需要參數(shù)，返回值為子進(jìn)程ID，如果沒(méi)有子進(jìn)程，返回-1。例子結(jié)果輸出函數(shù)名waitpid調(diào)用語(yǔ)法waitpid (procid, waitflag);解說(shuō)暫停程序執(zhí)行，等待特定的子進(jìn)程終止。procid為等待的進(jìn)程ID例子$procid = fork();if ($procid = 0) # this is the child process print (this line is printed firstn); exit(0); else # this is the parent process waitpid ($procid, 0

33、); print (this line is printed lastn);結(jié)果輸出$ programthis line is printed firstthis line is printed last$4、其它控制函數(shù)函數(shù)名caller調(diào)用語(yǔ)法subinfo = caller();解說(shuō)返回調(diào)用者的程序名和行號(hào)，用于Perl Debugger。返回值為三元素的列表：1、調(diào)用處的包名2、調(diào)用者文件名3、調(diào)用處的行號(hào)例子結(jié)果輸出函數(shù)名chroot調(diào)用語(yǔ)法chroot (dir);解說(shuō)改變程序的根目錄，詳見(jiàn)chroot幫助。例子結(jié)果輸出函數(shù)名local調(diào)用語(yǔ)法local($variable);解說(shuō)

34、在語(yǔ)句塊(由大括號(hào)包圍的語(yǔ)句集合)中定義局域變量，僅在此語(yǔ)句塊中起作用，對(duì)其的改變不對(duì)塊外同名變量造成影響。千萬(wàn)不要在循環(huán)中使用，否則每次循環(huán)都定義一個(gè)新的局域變量！例子結(jié)果輸出函數(shù)名times調(diào)用語(yǔ)法timelist = times解說(shuō)返回該程序及所有子進(jìn)程消耗的工作時(shí)間。返回值為四個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的列表：1、程序耗用的用戶時(shí)間2、程序耗用的系統(tǒng)時(shí)間3、子進(jìn)程耗用的用戶時(shí)間4、子進(jìn)程耗用的系統(tǒng)時(shí)間例子結(jié)果輸出二、數(shù)學(xué)函數(shù)函數(shù)名sin調(diào)用語(yǔ)法retval = sin (value);解說(shuō)參數(shù)為弧度值。函數(shù)名cos調(diào)用語(yǔ)法retval = cos (value);解說(shuō)參數(shù)為弧度值。函數(shù)名atan2調(diào)用語(yǔ)

35、法retval = atan2 (value1, value2);解說(shuō)運(yùn)算并返回value1除以value2結(jié)果的arctan值，單位為弧度，范圍在-PIPI。應(yīng)用例：角度轉(zhuǎn)化成弧度子程序。sub degrees_to_radians local ($degrees) = _; local ($radians);11: $radians = atan2(1,1) * $degrees / 45;函數(shù)名sqrt調(diào)用語(yǔ)法retval = sqrt (value);解說(shuō)平方根函數(shù)。value為非負(fù)數(shù)。函數(shù)名exp調(diào)用語(yǔ)法retval = exp (value);解說(shuō)返回e的value次方。函數(shù)名lo

36、g調(diào)用語(yǔ)法retval = log (value);解說(shuō)以e為底的自然對(duì)數(shù)。函數(shù)名abs調(diào)用語(yǔ)法retval = abs (value);解說(shuō)絕對(duì)值函數(shù)。(Perl 4中沒(méi)有)函數(shù)名rand調(diào)用語(yǔ)法retval = rand (num);解說(shuō)隨機(jī)數(shù)函數(shù)，返回0和整數(shù)num之間的一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)。函數(shù)名srand調(diào)用語(yǔ)法srand (value);解說(shuō)初始化隨機(jī)數(shù)生成器。保證每次調(diào)用rand真正隨機(jī)。三、字符串處理函數(shù)函數(shù)名index調(diào)用語(yǔ)法position = index (string, substring, position);解說(shuō)返回子串substring在字符串string中的位置，如果不存

37、在則返回-1。參數(shù)position是可選項(xiàng)，表示匹配之前跳過(guò)的字符數(shù)，或者說(shuō)從該位置開(kāi)始匹配。函數(shù)名rindex調(diào)用語(yǔ)法position = rindex (string, substring, position);解說(shuō)與index類似，區(qū)別是從右端匹配。函數(shù)名length調(diào)用語(yǔ)法num = length (string);解說(shuō)返回字符串長(zhǎng)度，或者說(shuō)含有字符的數(shù)目。函數(shù)名pos調(diào)用語(yǔ)法offset = pos(string);解說(shuō)返回最后一次模式匹配的位置。函數(shù)名substr調(diào)用語(yǔ)法substr (expr, skipchars, length)解說(shuō)抽取字符串（或表達(dá)式生成的字符串）expr中

38、的子串，跳過(guò)skipchars個(gè)字符，或者說(shuō)從位置skipchars開(kāi)始抽取子串（第一個(gè)字符位置為0），子串長(zhǎng)度為length，此參數(shù)可忽略，意味著取剩下的全部字符。當(dāng)此函數(shù)出現(xiàn)在等式左邊時(shí)，expr必須為變量或數(shù)組元素，此時(shí)其中部分子串被等式右邊的值替換。函數(shù)名study調(diào)用語(yǔ)法study (scalar);解說(shuō)用一種內(nèi)部格式提高變量的訪問(wèn)速度，同一時(shí)刻只對(duì)一個(gè)變量起作用。函數(shù)名lcuc調(diào)用語(yǔ)法retval = lc(string);retval = uc(string);解說(shuō)將字符串全部轉(zhuǎn)換成小/大寫字母。函數(shù)名lcfirstucfirst調(diào)用語(yǔ)法retval = lcfirst(stri

39、ng);retval = ucfirst(string);解說(shuō)將第一個(gè)字母轉(zhuǎn)換成小/大寫。函數(shù)名quotameta調(diào)用語(yǔ)法newstring = quotemeta(oldstring);解說(shuō)將非單詞的字母前面加上反斜線()。語(yǔ)句 ： $string = quotemeta($string);等效于：$string = s/(W)/$1/g;常用于模式匹配操作中，確保字符串中沒(méi)有字符被看作匹配操作符。函數(shù)名join調(diào)用語(yǔ)法join (joinstr, list);解說(shuō)把字符串列表(數(shù)組)組合成一個(gè)長(zhǎng)的字符串，在每?jī)蓚€(gè)列表元素間插入串joinstr。函數(shù)名sprintf調(diào)用語(yǔ)法sprintf (

40、string, fields);解說(shuō)與printf類似，區(qū)別是結(jié)果不輸出到文件，而作為返回值賦給變量。例子$num = 26;$outstr = sprintf(%d = %x hexadecimal or %o octaln,$num, $num, $num);print ($outstr);結(jié)果輸出26 = 1a hexadecimal or 32 octal四、標(biāo)量轉(zhuǎn)換函數(shù)函數(shù)名chop調(diào)用語(yǔ)法$lastchar = chop (var);解說(shuō)var可為變量或數(shù)組，當(dāng)var為變量時(shí)，最后一個(gè)字符被刪除并賦給$lastchar，當(dāng)var為數(shù)組/列表時(shí)，所有元素的最后一個(gè)字符被刪除，最后一個(gè)

41、元素的最后一個(gè)字母賦給$lastchar。函數(shù)名chomp調(diào)用語(yǔ)法result = chomp(var);解說(shuō)檢查字符串或字符串列表中元素的最后一個(gè)字符是否為由系統(tǒng)變量$/定義的行分隔符，如果是就刪除。返回值為實(shí)際刪除的字符個(gè)數(shù)。函數(shù)名crypt調(diào)用語(yǔ)法result = crypt (original, salt);解說(shuō)用DES算法加密字符串，original是將要加密的字符串，salt是兩個(gè)字符的字符串，定義如何改變DES算法，以使更難解碼。返回值為加密后的串。函數(shù)名hex調(diào)用語(yǔ)法decnum = hex (hexnum);解說(shuō)將十六進(jìn)制數(shù)(字符串形式)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)。函數(shù)名int調(diào)用語(yǔ)法i

42、ntnum = int (floatnum);解說(shuō)將浮點(diǎn)數(shù)舍去小數(shù)部分轉(zhuǎn)化為整型數(shù)。函數(shù)名oct調(diào)用語(yǔ)法decnum = oct (octnum);解說(shuō)將八進(jìn)制數(shù)(字符串形式)或十六進(jìn)制數(shù)(0 x.形式)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)。函數(shù)名ord調(diào)用語(yǔ)法asciival = ord (char);解說(shuō)返回單個(gè)字符的ASCII值，與PASCAL中同名函數(shù)類似。函數(shù)名chr調(diào)用語(yǔ)法$char = chr (asciival);解說(shuō)返回ASCII值的相應(yīng)字符，與PASCAL中同名函數(shù)類似。函數(shù)名pack調(diào)用語(yǔ)法formatstr = pack(packformat, list);解說(shuō)把一個(gè)列表或數(shù)組以在實(shí)際機(jī)器存

43、貯格式或C等編程語(yǔ)言使用的格式轉(zhuǎn)化（包裝）到一個(gè)簡(jiǎn)單變量中。參數(shù)packformat包含一個(gè)或多個(gè)格式字符，列表中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)一個(gè)，各格式字符間可用空格或tab隔開(kāi)，因?yàn)閜ack忽略空格。除了格式a、A和外，重復(fù)使用一種格式多次可在其后加個(gè)整數(shù)，如： $twoints = pack (i2, 103, 241);把同一格式應(yīng)用于所有的元素則加個(gè)*號(hào)，如： $manyints = pack (i*, 14, 26, 11, 83);對(duì)于a和A而言，其后的整數(shù)表示要?jiǎng)?chuàng)建的字符串長(zhǎng)度，重復(fù)方法如下： $strings = pack (a6 x 2, test1, test2);格式的情況比較特殊，其

44、后必須加個(gè)整數(shù)，該數(shù)表示字符串必須的長(zhǎng)度，如果長(zhǎng)度不夠，則用空字符(null)補(bǔ)足，如： $output = pack (a 6 a, test, test2);pack函數(shù)最常見(jiàn)的用途是創(chuàng)建可與C程序交互的數(shù)據(jù)，例如C語(yǔ)言中字符串均以空字符(null)結(jié)尾，創(chuàng)建這樣的數(shù)據(jù)可以這樣做： $Cstring = pack (ax, $mystring);下表是一些格式字符與C中數(shù)據(jù)類型的等價(jià)關(guān)系：字符 等價(jià)C數(shù)據(jù)類型CcharddoubleffloatiintIunsigned int (or unsigned)llongLunsigned longsshortSunsigned short完整的

45、格式字符見(jiàn)下表。 格式字符 描述a用空字符(null)補(bǔ)足的字符串A用空格補(bǔ)足的字符串b位串，低位在前B位串，高位在前c帶符號(hào)字符（通常-128127）C無(wú)符號(hào)字符（通常8位）d雙精度浮點(diǎn)數(shù)f單精度浮點(diǎn)數(shù)h十六進(jìn)制數(shù)串，低位在前H十六進(jìn)制數(shù)串，高位在前i帶符號(hào)整數(shù)I無(wú)符號(hào)整數(shù)l帶符號(hào)長(zhǎng)整數(shù)L無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整數(shù)n網(wǎng)絡(luò)序短整數(shù)N網(wǎng)絡(luò)序長(zhǎng)整數(shù)p字符串指針s帶符號(hào)短整數(shù)S無(wú)符號(hào)短整數(shù)u轉(zhuǎn)化成uuencode格式vVAX序短整數(shù)VVAX序長(zhǎng)整數(shù)x一個(gè)空字節(jié)X回退一個(gè)字節(jié)以空字節(jié)(null)填充函數(shù)名unpack調(diào)用語(yǔ)法list = unpack (packformat, formatstr);解說(shuō)unpack

46、與pack功能相反，將以機(jī)器格式存貯的值轉(zhuǎn)化成Perl中值的列表。其格式字符與pack基本相同（即上表），不同的有：A格式將機(jī)器格式字符串轉(zhuǎn)化為Perl字符串并去掉尾部所有空格或空字符；x為跳過(guò)一個(gè)字節(jié)；為跳過(guò)一些字節(jié)到指定的位置，如4為跳過(guò)4個(gè)字節(jié)。下面看一個(gè)和X合同的例子： $longrightint = unpack (* X4 L, $packstring);此語(yǔ)句將最后四個(gè)字節(jié)看作無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。下面看一個(gè)對(duì)uuencode文件解碼的例子：1 : #!/usr/local/bin/perl2 : 3 : open (CODEDFILE, /u/janedoe/codefile)

47、 |4 : die (Cant open input file);5 : open (OUTFILE, outfile) |6 : die (Cant open output file);7 : while ($line = ) 8 : $decoded = unpack(u, $line);9 : print OUTFILE ($decoded);10: 11: close (OUTFILE);12: close (CODEDFILE); 當(dāng)將pack和unpack用于uuencode時(shí)，要記住，雖然它們與UNIX中的uuencode、uudecode工具算法相同，但并不提供首行和末行，如果

48、想用uudecode對(duì)由pack的輸出創(chuàng)建的文件進(jìn)行解碼，必須也把首行和末行輸出（詳見(jiàn)UNIX中uuencode幫助）。函數(shù)名vec調(diào)用語(yǔ)法retval = vec (vector, index, bits);解說(shuō)顧名思義，vec即矢量(vector)函數(shù)，它把簡(jiǎn)單變量vector的值看作多塊(維)數(shù)據(jù)，每塊含一定數(shù)目的位，合起來(lái)即一個(gè)矢量數(shù)據(jù)。每次的調(diào)用訪問(wèn)其中一塊數(shù)據(jù)，可以讀取，也可以寫入。參數(shù)index就象數(shù)組下標(biāo)一樣，提出訪問(wèn)哪一塊，0為第一塊，依次類推，要注意的是訪問(wèn)次序是從右到左的，即第一塊在最右邊。參數(shù)bits指定每塊中的位數(shù)，可以為1,2,4,8,16或32。例子1 : #!/

49、usr/local/bin/perl2 : 3 : $vector = pack (B*, 11010011);4 : $val1 = vec ($vector, 0, 4);5 : $val2 = vec ($vector, 1, 4);6 : print (high-to-low order values: $val1 and $val2n);7 : $vector = pack (b*, 11010011);8 : $val1 = vec ($vector, 0, 4);9 : $val2 = vec ($vector, 1, 4);10: print (low-to-high orde

50、r values: $val1 and $val2n); 結(jié)果high-to-low order values: 3 and 13low-to-high order values: 11 and 12函數(shù)名defined調(diào)用語(yǔ)法retval = defined (expr);解說(shuō)判斷一個(gè)變量、數(shù)組或數(shù)組的一個(gè)元素是否已經(jīng)被賦值。expr為變量名、數(shù)組名或一個(gè)數(shù)組元素。如果已定義，返回真，否則返回假。函數(shù)名undef調(diào)用語(yǔ)法retval = undef (expr);解說(shuō)取消變量、數(shù)組或數(shù)組元素甚至子程序的定義，回收其空間。返回值始終為未定義值，此值與空串等效。五、數(shù)組和列表函數(shù)函數(shù)名grep調(diào)

51、用語(yǔ)法foundlist = grep (pattern, searchlist);解說(shuō)與同名的UNIX查找工具類似，grep函數(shù)在列表中抽取與指定模式匹配的元素，參數(shù)pattern為欲查找的模式，返回值是匹配元素的列表。例子list = (This, is, a, test);foundlist = grep(/tT/, list);結(jié)果foundlist = (This, test);函數(shù)名splice調(diào)用語(yǔ)法retval = splice (array, slipelements, length, newlist);解說(shuō)拼接函數(shù)可以向列表（數(shù)組）中間插入元素、刪除子列表或替換子列表。參數(shù)skipelements是拼接前跳過(guò)的元素?cái)?shù)目，length是被替換的元素?cái)?shù)，newlist是將要拼接進(jìn)來(lái)的列表。當(dāng)newlist的長(zhǎng)度大于length時(shí)，后面的元素自動(dòng)后移，反之則向前縮進(jìn)。因此，當(dāng)length=0時(shí)，就相當(dāng)于向列表中插入元素，而形如語(yǔ)句splice (array, -1, 0, Hello);則向數(shù)組末尾添加元素。而當(dāng)newlist為空時(shí)就相當(dāng)于刪除子列表，這時(shí)，如果length為空，就從第skipelements個(gè)元