在卫星遥感设备中，随着遥感技术的发展和对传输式观测卫星遥感图像质量要求的不断提高，航天遥感图像的分辨率和采样率也越来越高，由此引起高分辨率遥感图像数据存储量和传输数据量的急剧增长，然而卫星信道带宽有限。为了尽量保持高分辨率遥感图像所具有的信息，必须解决输入数据码率和传输信道带宽之间的矛盾。所以星载高分辨率遥感图像数据的高保真、实时、大压缩比压缩技术就成了解决这一矛盾的关键技术。FPGA器件为实现数据压缩提供了一种压缩算法的硬件实现的一个理想的平台。FPGA器件集成度高，体积小，通过用户编程实现专门应用的功能。它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入，仿真，测试和校验，直到达到预期的结果，减少了开发周期。小波变换能够适应现代图像压缩所需要的如多分辨率、多层质量控制等要求，在较大压缩比下，小波图像压缩质量明显好于DCT变换，因此小波变换成为新一代压缩标准JPEG2000的核心算法。同时，小波变换的提升算法结构简单，能够实现快速算法，有利于硬件实现，因此提升小波变换对于采用FPGA或ASIC来实现图像变换来说是很好的选择。本文针对卫星遥感图像的数据流，主要研究可以对卫星图像进行实时二维小波变换的方案。针对提升小波变换的VLSI结构和FPGA设计中的关键技术，从边界延拓、滤波器结构、整数小波、定点运算、原位运算等方面进行了研究和讨论，并且完成了针对卫星遥感图像的分块二维9/7提升小波变换的FPGA实现。采用VerIlog语言对设计进行了仿真验证，并将仿真结果同matlab仿真结果进行了比较，比较结果表明该方案能实现对卫星遥感图像数据流的二维提升小波变换的功能。同时QuartusII综合结果也表明，系统时钟能够工作在很高的频率，可以满足高速实时对卫星图像的小波变换处理。
上传时间： 2013-06-15
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-16
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随着工业技术的不断发展，以及人对安全防范意识的逐渐加强，视频监控系统已经成为人们在生产、生活中必不可少的一个部分。特别是近年来，随着计算机技术的发展、宽带的普及、图像处理技术的提高，视频监控在越来越广泛地渗透到教育、娱乐、医疗、运动等各个领域。视频监测系统已经成为当今可视化领域的一个新的开发热点。许多应用领域对于视频监控系统提出了更高更新的要求，如何经济有效地实现特定环境所需的监控功能，给我们提出了新的课题。 本文设计和实现了基于ARM9和Linux操作系统的嵌入式视频监控系统，实现视频图像的采集、压缩和传输。文章结合嵌入式技术、图像压缩技术和网络技术，设计了一种基于嵌入式的网络视频监控系统。 本文首先研究了视频监控系统的发展现状及今后发展趋势，详细分析了嵌入式监控系统的基本原理和性能要求，提出了系统的设计的总体方案。在硬件设计方面，系统采用三星公司的S3C2410A作为嵌入式处理器，配合外围硬件电路构成嵌入式核心板。系统采用模块化设计方案，将硬件划分为三大模块：主控器与储存器模块；电源时钟复位电路模块；外围接口电路模块。在论文中对各个部分进行了详细的介绍。完成了核心板的硬件设计后，接下来介绍如何构建嵌入式监控系统的软件平台，包括成功的移植Linux操作系统；嵌入式Linux下USB接口摄像头驱动的接口和实现。最后在基于嵌入式Linux系统的平台上完成应用程序的设计，完成视频图像的采集、压缩、传输，这部分主要完成的工作有：如何使用Video4Linux API库函数实现图像采集；如何实现视频流的软件压缩；如何保证视频流数据的实时传输。 本文实现了一种体积小、成本低廉、数字化的监控解决方案。该系统可满足监控系统对数据传输可靠性和实时性的要求，具有广泛的应用价值。
上传时间： 2013-07-10
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IEC JTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准.与JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能够提供更好的数据压缩比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多种特性使得它具有广泛的应用前景.但是,JPEG2000是一个复杂编码系统,目前为止的软件实现方案的执行时间和所需的存储量较大,若想将JPEG2000应用于实际中,有着较大的困难,而用硬件电路实现JPEG2000或者其中的某些模块,必然能够减少JPEG200的执行时间,因而具有重要的意义.本文首先简单介绍了JPEG2000这一新的静止图像压缩标准,然后对算术编码的原理及实现算法进行了深入的研究,并重点探讨了JPEG2000中算术编码的硬件实现问题,给出了一种硬件最优化的算术编码实现方案.最后使用硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL描述了该硬件最优化的算术编码实现方案,并以Altera 20K200E FPGA为基础,在Active-HDL环境中进行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成开发环境下完成了综合以及后仿真,综合得到的最高工作时钟频率达45.81MHz.在相同的输入条件下,输出结果表明,本文设计的硬件算术编码器与实现JPEG2000的软件:Jasper[2]中的算术编码模块相比,处理时间缩短了30﹪左右.因而本文的研究对于JPEG2000应用于数字监控系统等实际应用有着重要的意义.
上传时间： 2013-05-16
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IECJTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准，其优良的压缩特性使得它将具有广泛的应用领域。JPEG2000算法非常复杂，图像编码过程占用了大量的处理器时间开销和内存开销，因而通过对JPEG2000算法进行优化并采用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部内容，对加快编码速度从而扩展其应用领域有重要的意义。 本文的研究主要包括两方面的内容，其一是JPEG2000算术编码器算法的研究与硬件设计，其二是JPEG2000码率控制算法的研究与优化算法的设计。在研究算术编码器过程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算术编码器的编码原理和编码流程，之后采用有限状态机和二级流水线技术，并在不影响关键路径的情况下通过对算术编码步骤优化采用硬件描述语言对算术编码器进行了设计，并通过了功能仿真与综合。实验证明该设计不但编码速度快，而且流水线短，硬件设计的复杂度低且易于控制。 在研究码率控制算法过程中，首先结合率失真理论建立了算法的数学模型，并验证了该算法的有效性，之后深入分析了该数学模型的实现流程，找出影响算法效率的关键路径。在对算法优化时采用黄金分割点算法代替原来的二分查找法，并使用了码块R-D斜率最值记忆和码率误差控制算法。实验证明，采用优化算法在增加少量系统资源的情况下使得计算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理论与JPEG2000中PCRD-opt算法的具体实现，又提出了一种失真更低的比特分配方案，即按照“失真/码长”值从大到小通道编码顺序进行编码，通过对该算法的仿真验证，得出在固定码率条件下新算法将产生更少的失真。
上传时间： 2013-07-13
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JPEG2000是新一代图像压缩标准,JPEG2000与传统JPEG最大的不同,在于它放弃了JPEG所采用的以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform)为主的区块编码方式,而采用以小波转换(Wavelet Transform)为主的多解析编码方式.离散小波变换算法是现代谱分析工具,在图像处理与图像分析领域正得到越来越广泛的应用.由于JPEG2000标准具有复杂的算法,全部用软件来实现将会占用很大的处理器时间开销和内存开销,尤其对于实时图像传输和处理系统,因而用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部,就具有重要的意义,本课题的目的就是用硬件电路来实现JPEG2000标准中的离散小波变换部分,论文研究的主要工作就是设计了一个符合JPEG2000标准的、高性能的多级二维离散小波变换的硬件电路.论文研究的内容主要分为两部分,第一部分首先分析了JPEG2000标准和离散小波变换的原理,重点研究了离散小波变换的快速算法,包括第一代小波变换所采用的卷积算法和第二代小波变换所采用的提升算法,然后具体分析了离散小波变换在JPEG2000中的具体实现.论文第二部分对两种离散小波变换快速算法的硬件实现进行了比较,并选择卷积滤波算法作为硬件实现的对象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具体设计了离散小波变换的各个模块,所有的模块都是有硬件描述语言(Verilog HDL)来实现,经过仿真和逻辑综合,在一块自行设计的FPGA开发板上进行了验证.仿真和验证的结果表明了该小波变换的硬件电路符合JPEG2000标准,具有较高的速度和信噪比.
上传时间： 2013-04-24
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近年来,随着微电子技术的高速发展,数字图像压缩编码技术的逐渐成熟,实时图象处理在多媒体、HDTV、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,图像压缩/解压的IC芯片也已成为多媒体技术的核心,实现这些算法芯片的研究成为信息产业的新热点.该文基于FPGA设计了JPEG图像压缩编解码芯片,通过改进算法优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性.在JPEG编码器设计中,改进了JEONG的DCT变换算法,采用流水线优化算法解决时间并行性问题,提高了DCT/IDCT模块的运算速度;设计了基于查找表结构的定点乘法器,便于在设计中共享乘法单元,以适应流水线设计的要求;依据Huffman编码表的规律性,采用并行查找表结构,用较少的存储单元完成Huffman编解码的运算,同时也提高了编解码速度.在JPEG解码器设计中,根据Huffman码字本身的特点和JPEG标准,设计了一种Huffman码字分组结构,基于该结构提出分组Huffman查找表及地址编码的设计方法,进而完成了新的快速Huffman解码算法及其模块设计.整个设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平台上进行了逻辑综合及功能和时序仿真.综合和仿真结果表明,基于FPGA的JPEG图像编解码芯片消耗很少的FPGA硬件资源,达到了较高的工作频率,在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态,可满足实时JPEG图像编解码的要求.在逻辑设计的基础上,该设计可以进一步作硬件仿真和实验,将源代码烧录进FPGA芯片,作为独立器件或有自主知识产权的JPEG IP模块,应用于可视电话、手机和会议电视等低成本JPEG编解码系统的实现.
上传时间： 2013-05-31
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-22
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CAN-bus(Corltroller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。它是一种多主方式的串行通讯总线，在工业控制通讯方面拥有高位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。作为一种灵活，可靠的通讯系统，CAN总线已被广泛运用于各个工业控制现场。 基于FPGA+DSP的CAN总线通讯系统设计主要目标是完成CAN总线的多节点可靠高速性传输，通过各节点之间的数据通信以及结点处理单元内部对数据的处理实现整个通信系统间各个单元的协同工作。 本论文中的 CAN 总线通讯系统是完成红外目标探测系统和控制系统与图像处理系统的实时通信，其硬件部分采用 DSP+FPGA 作为核心通讯处理单元，通过对 DSP硬件编程和FPGA逻辑模块的设计实现了在处理单元外部CAN总线多节点之间的信息可靠性传输以及处理单元内部DSP和FPGA基于SPI的串行通信，从而完成了在FPGA中对CAN总线数据的处理和运用。
上传时间： 2013-05-23
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本文首先分析数字图像压缩技术的实际应用情况，相关的DVB技术标准和测试标准ETR290，进而提出了一个可适用于实际工作环境的语义分析模型框架；并在FPGA开发环境ISE中按照这个语义分析模型框架构造了一个具体的VHDL模型；同时利用工具软件Synplify和modelsim完成软件功能和时序仿真；然后设计相应的硬件测试平台来验证模块功能。针对数字图像技术实际应用环境的特点，本文提出了一种构建在嵌入式硬件平台上的分析模块，可实时分析MPEG-2传输流语法。通过连接TCP/IP网络可实现24小时/7天长时间工作。模块化的设计，使其可以安装于各种设备或实际应用环境中的各关键节点，通过网络传输到统一的服务器；同时该模块可设置成不同的硬件触发模式，使之成为故障传感器。因此，该模块适用于工程开通、快速故障监测、长时间监控等。通过与市场上专业测试设备性能进行比较，在测试精确性方面不占优势，但在达到一定数量级的测试精度后，其廉价、简易和无需维护的特点将呈现巨大的优势。
上传时间： 2013-04-24
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