现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。本文以此为背景，研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。 首先，针对图像声纳实时性的要求和FPGA片内资源的限制，设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。文中详细讨论了利用流水线技术和并行处理技术提高FFT处理器运算速度的方法，并针对蝶形运算的特点提出了一些优化和改进措施。 其次，分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两种结构实现乘累加(MAC)运算。无乘法器结构采用分布式算法(DA)，将乘法运算转化为FPGA易于实现的查表和移位累加操作，显著提高了运算效率。此外，还对相关运算的时域多MAC方法及频域FFT方法进行了研究。 最后，完成了图像声纳预处理模块。在一片EP2S60上实现了对160路信号的接收、滤波、正交变换以及发送等处理。实验表明，本论文所有算法均达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-09
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人脸自动识别技术是模式识别、图像处理等学科的一个最热门研究课题之一。随着社会的发展,各方面对快速有效的自动身份验证的要求日益迫切，而人脸识别技术作为各种生物识别技术中最重要的方法之一，已经越来越多的受到重视。对于具有实时，快捷，低误识率的高性能算法以及对算法硬件加速的研究也逐渐展开。 本文详细分析了智能人脸识别算法原理，发展概况和前景，包括人脸检测算法，人眼定位算法，预处理算法，PCA和ICA 算法，详细分析了项目情况，系统划分，软硬件平台的资源和使用。并在ISE软件平台上，用硬件描述语言(verilog HDL)对算法部分严格按照FPGA代码风格进行了RTL 硬件建模，并对C++算法进行了优化处理，通过仿真与软件算法结果进行比对，评估误差，最后在VirtexII Pro FPGA 上进行了综合实现。 主要研究内容如下： 首先，对硬件平台xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系统资源进行了描述和研究，对存储器sdram,RS-232 串口，JTAG 进行了研究和调试，对Coreconnect的OPB总线仲裁机理进行了两种算法的比较，RTL 设计，仿真和综合。利用ISE和VC++软件平台，对verilog和C++算法进行同步比较测试，使每步算法对应正确的结果。对软硬件平台的合理使用使得在项目中能尽可能多的充分利用硬件资源，制板时正确选型，以及加快设计和调试进度。其次，对人脸识别算法流程中的人脸检测，人眼定位，预处理，识别算法分别进行了比较研究，选取其中各自性能最好的一种算法对其原理进行了分析讨论。人脸检测采用adaboost 算法，因其速度和精度的综合性能表现优异。人眼定位采用小块合并算法，因为它具有快速，准确，弱时实的特点。预处理算法采用直方图均衡加平滑的算法，简单，高效。 识别算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿态和光照对人脸识别的影响。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述语言进行算法的RTL 建模，在C++算法的基础上，保证原来效果的前提下，根据FPGA 硬件特点对算法进行了优化。视频输入输出是人脸识别的前提，它提供FPGA 上算法需要处理的数据，预处理算法在C++算法的基础上进行了优化，最大的减少了运算量，提高了运算速度，16 位计算器模块使得在算法实现时可以根据系统要求，在FPGA的ip 核和自己设计的模块之间选择性能更好的一个来调用，FIFO的设计提供同步和异步时钟域的数据缓存。设计在ISE和VC++软件平台同时进行，随时对verilog和C++数据进行监测和比对。全部设计模块通过仿真，达到预定的性能要求，并在FPGA 上综合实现。
上传时间： 2013-07-13
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对弓网故障的检测是当今列车检测的一项重要任务。原始故障视频图像具有极大的数据量，使实时存储和传输故障视频图像极其困难。由于视频的数据量相当大，需要采用先进的视频编解码协议进行处理，进而实现检测现场的实时监控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作为MPEG-4的第10部分，因其具有超高的压缩效率、极好的网络亲和性，而被广泛研究与应用。H．264/AVC采用了先进的算法，主要有整数变换、1/4像素精度插值、多模式帧间预测、抗块效应滤波器和熵编码等。 @@ 本文使用硬件描述语言Verilog，以红色飓风 II开发板作为硬件平台，在开发工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B环境中完成软核的设计与仿真验证。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作为核心芯片，实现视频图像采集、存储、显示以及实现H．264/AVC部分算法的基本系统。 @@ FPGA以其设计灵活、高速、具有丰富的布线资源等特性，逐渐成为许多系统设计的首选，尤其是与Verilog和VHDL等语言的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特点、设计流程、verilog语言等，然后对静态图像及视频图像的编解码进行详细的分析，比如H．264/AVC中的变换、量化、熵编码等：并以JM10．2为平台，运用H．264/AVC算法对视频序列进行大量的实验，对不同分辨率、量化步长、视频序列进行编解码以及对结果进行分析。接着以红色飓风II开发板为平台，进行视频图像的采集存储、显示分析，其中详细分析了SAA7113的配置、CCD信号的A/D转换、I2C总线、视频的数字化ITU-R BT．601标准介绍及视频同步信号的获取、基于SDRAM的视频帧存储、VGA显示控制设计；最后运用verilog语言实现H．264/AVC部分算法，并进行功能仿真，得到预计的效果。 @@ 本文实现了整个视频信号的采集存储、显示流程，详细研究了H．264/AVC算法，并运用硬件语言实现了部分算法，对视频编解码芯片的设计具有一定的参考价值。 @@关键词：FPGA；H．264/AVC；视频；verilog；编解码
上传时间： 2013-04-24
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在几乎所有现代通讯和计算机网络领域中，安全问题都起着非常重要的作用。随着网络应用的迅速发展，对安全的要求也逐渐加强。目前影响最大的三类公钥密码是RSA公钥密码、EIGamal公钥密码和椭圆曲线公钥密码。但超椭圆曲线密码是比椭圆曲线密码更难攻破的密码体制，且可以在更小的基域上达到与椭圆曲线密码相同的安全程度。虽然超椭圆曲线密码体制在理论上已经基本成熟，但由于它的计算复杂性大，所以在具体实现上还需要进一步研究。实现超椭圆曲线密码系统，对于增强信息系统的安全性和研究更高强度的加密系统都有着重要的理论意义和较高的应用价值，相信超椭圆曲线密码系统将会有更好的应用前景。 对于密码系统，我们希望它占用的空间更少，实现的时间更短，安全性更高。论文研究超椭圆曲线密码中的加密算法，对主要算法进行实现比较并提出软硬协调思想实现超椭圆曲线密码系统就是为了达到这个目标。 论文先介绍了超椭圆曲线密码系统中有限域上的两个核心运算——有限域乘法运算和有限域求逆运算。对有限域乘法运算的全串行算法和串并混合算法在FPGA上用VHDL语言进行了实现，并对它们的结果进行对比，重点在于对并行度不同的串并混合算法进行实现比较，找到面积和速度的最佳结合点。通过对算法的实现和比较，发现理论上面积和速度协调性较好的8位串并混合算法在实际中协调性并不是很好，最终得出结论，在所做实验的四种情况中，面积和速度协调性较好的算法是4位串并混合算法。随后论文对有限域求逆运算的三种算法在FPGA上用VHDL语言进行实现比较，找到单独实现有限域求逆运算较好的算法(MIMA域求逆算法)和可以与域乘法运算相结合的算法(使用域乘法求逆的算法)，为软硬协调实现超椭圆曲线系统思想的提出打下基础。 论文然后提出了软硬协调的方法实现超椭圆曲线系统的思想，并对整个系统进行了软硬件部分的划分。通过分析，将标量乘算法，除子算法和多项式环算法划分到软件部分，并对其中的标量乘运算进行了详细的分析介绍，将有限域算法归于硬件部分并对其进行了简单描述。在最后对全文进行总结，提出进一步需要开展的工作。
上传时间： 2013-04-24
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随着图像处理技术和投影技术的不断发展，人们对高沉浸感的虚拟现实场景提出了更高的要求，这种虚拟显示的场景往往由多通道的投影仪器同时在屏幕上投影出多幅高清晰的图像，再把这些单独的图像拼接在一起组成一幅大场景的图像。而为了给人以逼真的效果，投影的屏幕往往被设计为柱面屏幕，甚至是球面屏幕。当图像投影在柱面屏幕的时候就会发生几何形状的变化，而避免这种几何变形的就是图像拼接过程中的几何校正和边缘融合技术。 一个大场景可视化系统由投影机、投影屏幕、图像融合机等主要模块组成。在虚拟现实应用系统中，要实现高临感的多屏幕无缝拼接以及曲面组合显示，显示系统还需要运用几何数字变形及边缘融合等图像处理技术，实现诸如在平面、柱面、球面等投影显示面上显示图像。而关键设备在于图像融合机，它实时采集图形服务器，或者PC的图像信号，通过图像处理模块对图像信息进行几何校正和边缘融合，在处理完成后再送到显示设备。 本课题提出了一种基于FPGA技术的图像处理系统。该系统实现图像数据的AiD采集、图像数据在SRAM以及SDRAM中的存取、图像在FPGA内部的DSP运算以及图像数据的D/A输出。系统设计的核心部分在于系统的控制以及数字信号的处理。本课题采用XilinxVirtex4系列FPGA作为主处理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述语言在FPGA内部设计了A/D模块、D/A模块、SRAM、SDRAM以及ARM处理器的控制器逻辑。 本课题在FPGA图像处理系统中设计了一个ARM处理器模块，用于上电时对系统在图像变化处理时所需参数进行传递，并能实时从上位机更新参数。该设计在提高了系统性能的同时也便于系统扩展。 本文首先介绍了图像处理过程中的几何变化和图像融合的算法，接着提出了系统的设计方案及模块划分，然后围绕FPGA的设计介绍了SDRAM控制器的设计方法，最后介绍了ARM处理器的接口及外围电路的设计。
上传时间： 2013-04-24
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波前处理机是自适应光学系统中实时信号处理和运算的核心，随着自适应光学系统得发展，波前传感器的采样频率越来越高，这就要求波前处理机必须有更强的数据处理能力以保证系统的实时性。在整个波前处理机的工作流程中，对CCD传来的实时图像数据进行实时处理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保证图像处理的实时性，那么后续的处理过程都无从谈起。因此，研制高性能的图像处理平台，对波前处理机性能的提高具有十分重要的意义。 论文介绍了本研究课题的背景以及国内外图像处理技术的应用和发展状况，接着介绍了传统的专用和通用图像处理系统的结构、特点和模型，并通过分析DSP芯片以及DSP系统的特点，提出了基于DSP和FPGA芯片的实时图像处理系统。该系统不同于传统基于PC机模式的图像处理系统，发挥了DSP和FPGA两者的优势，能更好地提高图像处理系统实时性能，同时也最大可能地降低成本。 论文根据图像处理系统的设计目的、应用需求确定了器件的选型。介绍了主要的器件，接着从系统架构、逻辑结构、硬件各功能模块组成等方面详细介绍了DSP+FPGA图像处理系统硬件设计，并分析了包括各种参数指标选择、连接方式在内的具体设计方法以及应该注意的问题。 论文在阐述传输线理论的基础上，在制作PCB电路板的过程中，针对高速电路设计中易出现的问题，详细分析了高速PCB设计中的信号完整性问题，包括反射、串扰等，说明了高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性问题及其解决方法，进行了一定的理论和技术探讨和研究。 论文还介绍了基于FPGA的逻辑设计，包括了图像采集模块的工作原理、设计方案和SDRAM控制器的设计，介绍了SDRAM的基本操作和工作时序，重点阐述系统中可编程器件内部模块化SDRAM控制器的设计及仿真结果。 论文最后描述了硬件系统的测试及调试流程，并给出了部分的调试结果。 该系统主要优点有：实时性、高速性。硬件设计的执行速度，在高速DSP和FPGA中实现信号处理算法程序，保证了系统实时性的实现；性价比高。自行研究设计的电路及硬件系统比较好的解决了高速实时图像处理的需求。
上传时间： 2013-05-30
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随着电子技术和计算机技术的飞速发展，视频图像处理技术近年来得到极大的重视和长足的发展，其应用范围主要包括数字广播、消费类电子、视频监控、医学成像及文档影像处理等领域。当前视频图像处理主要问题是当处理的数据量很大时，处理速度慢，执行效率低。而且视频算法的软件和硬件仿真和验证的灵活性低。 本论文首先根据视频信号的处理过程和典型视频图像处理系统的构成提出了基于FPGA的视频图像处理系统总体框图；其次选择视频转换芯片SAA7113，完成视频图像采集模块的设计，主要分三步完成：1)配置视频转换芯片的工作模式，完成视频转化芯片SAA7113的初始化：2)通过分析输出数据流的格式标准，来识别奇偶场信号、场消隐信号和有效行数据的开始和结束信号三种控制信号，并根据控制信号，用Verilog硬件描述语言编程实现图像数据的采集；3)分析SRAM的读写控制时序，采用两块SRAM完成图像数据的存储。然后编写软件测试文件，在ISE Simulator仿真环境进行程序测试与运行，并分析仿真结果，验证了数据采集和存储的正确性；最后，对常用视频图像算法的MATLAB仿真，选择适当的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模块构建方式，搭建视频算法平台，实现图像平滑滤波、锐化滤波算法，在Simulink中仿真并自动生成硬件描述语言和网表，对资源的消耗做简要分析。 本论文的创新点是采用新的开发环境System Generator for DSP实现视频图像算法。这种开发视频图像算法的方式灵活性强、设计周期短、验证方便、是视频图像处理发展的必然趋势。
上传时间： 2013-05-20
上传用户：fudong911
随着计算机科学在人机交互领域的极大发展，作为人脸信息处理中的一项关键技术，人脸检测现在已经成为模式识别，计算机视觉和人机交互领域不可缺少的一部分。但是，人脸检测算法存在计算量大、速度慢等缺点。软件实现方式无法达到实时处理要求，而现有的硬件实现需要占用大量硬件资源。 本文针对现有人脸检测硬件实现的缺点，通过对Adaboost算法和现有硬件结构的分析，提出了双流水线硬件检测架构：扫描窗口流水线、特征向量流水线。并在Vertex-II Pro FPGA平台验证成功，达到实时检测的标准。具体工作和创新点包括如下几点： 介绍了人脸检测的原理以及人脸检测经典算法。其中，详细介绍了Adaboost算法。 对现有的结构进行详细分析。指出现有各架构的缺点，即资源占用多，检测速度慢。针对这两个问题，本文提出了一个适合嵌入式应用的扫描窗口、特征向量双流水线检测硬件架构，详细说明了该架构的工作原理，并在该架构基础上，通过加入预测加载技术，进一步提高检测速度。随后，采用存储器访问效率，架构内部存储单元大小，检测时间长短，运算单元数量四个标准，详细比较了新架构和现有架构的差别，显示出新架构的优势。 基于提出的架构，给出了Adaboost人脸检测系统的VLSI实现方案。本文中，采用自顶向下的设计方法将人脸检测系统分成若干个子模块，然后对每个子模块进行详细的设计和说明，给出了每个子模块的硬件架构、状态转换以及verilog实现后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA开发板完成人脸检测系统的硬件验证。FPGA验证结果表明对于QCIF分辨率的视频图像，人脸检测系统能够达到50fps的检测速度，满足实时检测的要求。
上传时间： 2013-06-15
上传用户：1193169035
H.264/AVC是国际电信联盟与国际标准化组织/国际电工委员会联合推出的活动图像编码标准，简称H.264。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大的提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。 本论文的研究课题是基于H.264/AVC视频编码标准的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自适应可变长编码)编码算法研究及FPGA实现。对于变换后的熵编码，H.264/AVC支持两种编码模式：基于上下文的可变长编码(CAVLC)和基于上下文的自适应算术编码(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，尽管CAVLC算法也是采用了VLC编码，但是同以往标准不同，它所有的编码都是基于上下文进行。这种方法比传统的查单一表的方法提高了编码效率，但也增加了设计上的困难。 作者在全面学习H.264/AVC协议和深入研究CAVLC编码算法的基础上，确定了并行编码的CAVLC编码器结构框图，并总结出了影响CAVLC编码器实现的瓶颈。针对这些瓶颈，对CAVLC编码器中的各个功能模块进行了优化设计，这些优化设计包括多参考块的表格预测法、快速查找表法、算术消除法等。最后，用Verilog硬件描述语言对所设计的CAVLC编码器进行了描述，用EDA软件对其主要功能模块进行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上验证了它们的功能。结果表明，该CAVLC编码器各编码单元的编码速度得到了显著提高且均能满足实时通信要求，为整个CAVLC编码器的实时通信提供了良好的基础。
上传时间： 2013-06-22
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H.264/AVC是由ITU和ISO两大组织联合组成的JVT共同制定的一项新的视频压缩技术标准，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264/AVC的应用亮点。在同样的视觉质量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4节约了50％的码率。但H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的增加，据估计其编码的计算复杂度大约为H.263的3倍，因此很难应用于实时视频处理领域。针对这一现状，业内做了大量的研究工作，力图降低其计算复杂度和提高运行效率。比如在运动估计方面，国内外在这方面的研究已经很成熟。而针对帧内/帧间预测编码的研究却较少。因此研究预测模式的快速算法具有理论意义和应用价值。 本文在详细研究H.264标准视频压缩编码特点基础上，分析了H.264帧内编码, 帧间编码及变换，量化技术的原理及特点，提出了一种基于局部边缘方向信息的快速帧内模式判决算法，通过结合SAD的模式选择方法来减少模式选择数目。它采用了Sobel梯度算子计算当前块的边缘信息，累加当前块中属于同一方向像素点的边缘矢量构造不同模式下的边缘方向直方图，以便确定最可能的预测模式。该算法有效降低了编码器的运算复杂度，在并未显著降低编码性能的情况下提升了编码器效率。仿真表明：Foreman 图像序列编码性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，这大大提高了视频传输的质量。 另外在帧间预测模式选择算法方面进行了改进研究：按顺序对不同类型进行判决，有选择地去比较可能模式，使得在有效减少需判决的模式数量的同时，结合小块模式搜索中途停止准则来确定最优模式。仿真表明：改进算法相对与原来算法能够节省很多的编码时间（平均下降了49.3％），但带来的图像质星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和码率较少的增加。 同时在整数DCT变换模块中，提出了一种快速蝶形算法，使得对4×4点数据做一次变换，只需通过8×8次加法和2×8次移位运算便可完成，与原来12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了运算复杂度。 最后介绍FPGA的特点及设计流程，并实现了H.264编解码器中变换编码及量化和熵解码模块的硬件。这种基于FPGA所实现的H.264编码视频处理模块设计具备了成本低，周期短，设计方法灵活等优点，具有广阔的市场应用前景。 仿真表明，通过使用本文提出的帧内/帧间速算法方法可使得H.264编码速度获得显著的提高，使H.264 Baseline编码器能在PC平台上实现实时编码。
上传时间： 2013-07-18
上传用户：zukfu
