H.264作为新一代视频编码标准，相比上一代视频编码标准MPEG2，在相同画质下，平均节约64﹪的码流。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构，实现灵活性极大，其规定了三个档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用，因此。H.264的编码器的设计可以根据需求的不同而不同。 H.264虽然具有优异的压缩性能，但是其复杂度却比一般编码器高的多。本文对H.264进行了编码复杂度分析，并统计了整个软件编码中计算量的分布。H.264中采用了率失真优化算法，提高了帧内预测编码的效率。在该算法下进行帧内预测时，为了得到一个宏块的预测模式，需要进行592次率失真代价计算。因此为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度，本文改进了帧内预测模式选择算法。实践证明，在PSNR值的损失可以忽略不计的情况下，该算法相比原算法，帧内编码时间平均节约60﹪以上，对编码的实时性有较大帮助。 为了实现实时编码，考虑到FPGA的高效运算速度和使用灵活性，本文还研究了H.264编码器基本档次的FPGA实现。首先研究了H.264编码器硬件实现架构，并对影响编码速度，且具有硬件实现优越性的几个重要部分进行了算法研究和FPGA.实现。本文主要研究了H.264编码器中整数DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、CAVLC编码以及反量化、逆整数DCT变换等部分。分别对这些模块进行了综合和时序仿真，并将验证后通过的系统模块下载到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，进行了在线测试，验证了该系统对输入的残差数据实时压缩编码的功能。 本文对H.264编码器帧内预测模式选择算法的改进，算法实现简单，对软件编码的实时性有很大帮助。本文对在单片FPGA上实现H.264编码器做出了探索性尝试，这对H.264编码器芯片的设计有着积极的借鉴性。
上传时间： 2013-05-25
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随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-08-03
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JPEG2000是新一代的静态图像压缩标准，它相比JPEG有很多新的特性，如渐进传输和感兴趣区域编码等，因而它具有广阔的应用前景，特别是在数码相机、PDA等便携式设备中。 JPEG2000的核心主要包括小波变换和基于最优化截断点的嵌入式块编码(EBCOT)算法，其计算复杂度远远高于JPEG，完全采用软件方案实现将会占用大量的处理器时间和内存开销，而且速度较慢，实时处理的能力较差。为了推广JPEG2000在便携式产品、消费类电子产品中的应用，打开巨大的潜在市场，研究硬件实现的算法实时处理方案具有重要的应用价值。 EBCOT算法是一个两层的编码引擎，其中的上下文编码的运算量约占到总运算量的50％，是提高编码速度的关键算法之一。由于上下文编码大部分都是逻辑运算，没有复杂的数学运算，但逻辑控制流程复杂繁琐，对存储器访问频繁，采用DSP或者其他的通用处理器通过指令控制实现该算法，未能显著提高编码速度。本文采用FPGA芯片，以电路逻辑的方式来实现该算法并进行优化，在研究和分析了上下文编码算法运算特点的基础上，设计了列判断和交错存储相结合的硬件实现方案，并采用硬件描述语言Verilog在寄存器传输级描述了相应的硬件电路。通过功能仿真和逻辑综合后，所获得的上下文编码模块最大时钟频率为101MHz，且能在130ms内完成对一幅512×512灰度图像的编码，性能比Jasper软件中的实现方案提高了75％。 JPEG2000的一个重要特性是其具有渐进传输的能力，而码流组织是获得渐进传输特性的技术关键。码流组织通过在输出码流中安排数据包的先后顺序来实现渐进传输的目的。本文对JPEG2000中实现渐进传输的机制进行了分析，并研究了码流组织的算法实现。 为了对JPEG2000算法实现进行验证，本文设计了基于FPGA和ARM的验证实验平台，其中FPGA主要完成算法中运算量较大的小波变换、上下文编码和算术编码，而ARM处理器则完成码流组织、数据打包以及和PC机的通信。本文在该平台上对所设计的上下文编码算法和码流组织模块的设计进行了验证，实验结果表明本文设计的算法模块功能正确，并在一定程度上提高了编码速度。
上传时间： 2013-04-24
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ISO和ITU-T制定的一系列视频编码国际标准的推出，开创了视频通信和存储应用的新纪元。从H.261视频编码建议，到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一个共同的不断追求的目标，即在尽可能低的码率(或存储容量)下获得尽可能好的图像质量。 本课题的研究建立在目前主流的压缩算法的基础上，综合出各种标准中实现途径的共性和优势，将算法的主体移植于FPGA(FieldProgrammableGateArray)平台上。凭借该种类嵌入式系统配置灵活、资源丰富的特点，建立一个可重构的内核处理模块。进一步的完善算法(运算速度、精度)和外围系统后，就可作为专用视频压缩编码器进行门级电路设计的原型，构建一个片上可编程的独立系统。 编码器设计有良好的应用前景，通过使用离散余弦变换和熵编码，对运动图像从空间上进行压缩编码，使得编码后的数据流适合于传输、通信、存储和编辑等方面的要求。同时，系统的设计将解码的工作量大幅度降低，功能模块在作适当的改动后可为解码器的参考设计使用。 研究所涉及的各功能模块都进行了系统性的仿真和综合，满足工程样机的前期研发需要。
上传时间： 2013-04-24
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IEEE802旗下的无线网络协议引领了无线网络领域的新革命，其不断提升的速度优势满足了人们对于高速无线接入的迫切要求，在这其中，OFDM技术所起的作用不可小觑。随着FPGA、信号处理和通信技术的发展，OFDM的应用得到了长足的进步。在此情况下，以OFDM技术为核心实现数据传输的原型机系统显得应情应景而且必要。 本课题在深入理解OFDM技术的同时，结合相应的EDA工具对系统进行建模并基于IEEE802.11a物理层标准给出了一种OFDM基带传输的系统实现方案。整个设计采用目前主流的自顶向下的设计方法，由总体设计至详细设计逐步细化。 在系统功能模块的FPGA实现过程中，针对XilinxVirtex-Ⅱ芯片对各个模块进行了详细设计，通过采用双端口RAM、流水、乒乓结构等处理实现高速的同步的信道编码的功能模块；通过比较符号定时的不同算法，给出了基于MultiplierlessCorrelator的实现结构并给出了仿真波形图，验证了采用该算法后符号定时模块的资源耗费大大降低而功能却依然和基于乘法器的符号定时模块相当；通过对Viterbi算法进行简化，给出了(2，1，6)卷积码的4比特软判决Viterbi解码器的设计和实现。最后根据系统所选芯片XC2V3000给出了具有较高配置灵活性的基于SystemACE配置方案的FPGA的硬件原理图设计和PCB设计。 本文首先以无线局域网和IEEE802无线网络家族引出OFDM技术发展、研究价值及OFDM的优缺点，接下来从OFDM原理入手，简要说明了OFDM的基本要素以及目前的研究热点，之后在介绍完IEEE802.11a物理层标准的同时给出了本原型机系统的总体设计方案，并从硬件语言设计和FPGA硬件原理设计两方面给出了该系统的详细设计。 随着OFDM技术的普及以及未来通信技术对OFDM的青睐，相信本论文的工作对OFDM基带传输系统的原型设计和实现具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-13
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近年来LED显示技术发展迅速,LED全彩显示屏得到了广泛的应用.LED显示技术涵盖了微机控制、视频、光学、机械和数字图像处理等多种技术.针对现有LED显示系统数据传输和显示存在的缺陷和开发难度,本文提出并实现了一种新型的LED显示系统方案.该方案把ARM处理器应用到LED显示屏中,采用FPGA技术开发了LED显示屏系统.本文主要讨论了利用网络传输LED显示数据的实现方法,包括嵌入式系统的设计以及TCP/IP协议的实现等分析和设计工作.全文分为七章,首先提出现有LED显示系统数据传输和显示存在的缺陷和开发难度,然后提出新的LED显示系统方案,并论证该方案的可行性.接着阐述了作者采用的嵌入式系统的设计方法和过程.第三章和第四章是嵌入式系统的设计和TCP/IP协议的实现,其中包括硬件和软件的设计以及嵌入式操作系统μ C/OS-Ⅱ的移植.详细地分析了基于LPC2214芯片的操作系统移植步骤和过程.本文使用的是1wIP网关协议,把其应用于μ C/OS-Ⅱ,实现了LED显示屏的网络通信,还分析了RTL8019芯片的工作过程,编写了有关驱动代码.在第五章和第六章中阐述了LED显示屏显示原理和利用FPGA实现LED显示的驱动开发过程,利用占空比法实现LED显示屏的灰度显示,使用VHDL语言描述LED显示屏的灰度实现逻辑.最后根据本文的方案实现了LED显示屏的彩色显示,通过分析比较,该方案可行并且达到了预定的要求.
上传时间： 2013-04-24
上传用户：yoleeson
随着现代控制理论在机电技术领域的不断发展，多电动机协调控制技术在机电控制系统中得到广泛的应用，给嵌入式系统的数控应用提供了巨大机遇。传统的伺服运动控制很难在处理大数据量、复杂算法时保证系统的灵活性和实时性。嵌入式系统是近年来发展起来的以应用为中心并且软硬件可裁剪的实时系统，它的特点是高度自动化，响应速度快等，非常适合于要求实时的和多任务的场合。 本文以嵌入式数控系统为项目背景，研究设计了一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统的方案。设计中，通过QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等电子设计自动化开发工具完成了一个高性能嵌入式软硬件系统的设计及仿真验证；采用了实用小巧的嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ，为应用系统的实时性提供了保证。该嵌入式数控系统满足了用户对应用系统实时性和快速处理的要求，具有较广泛的应用前景。 通过本课题实践表明，基于ARM和FPGA构建嵌入式数控系统的应用方案完全可行、合理，同传统的人机交互系统设计相比，能大量地减轻研发任务，提高研发速度，能够在短时间内得到控制性能优秀的数控系统。而μC／OS-Ⅱ实时操作系统的加入，使得系统很好地进行多任务处理，并保证了系统的实时性。
上传时间： 2013-07-22
上传用户：huangzchytems
机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度、提高装配质量和提高装配效率等方面，起到了积极的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系统，开展了机械手控制系统的研发工作，实现了机械手的自动控制。 嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微妙左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。通过ARM处理器和FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输山、低成本等特点，满足高速机械手自动控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系统，以及机械手控制系统的功能要求；设计硬件模块、接口电路；阐述了系统软件的设计过程，包括启动代码U—BOOT、操作系统μCLinux的移植；并介绍了如何利用便件描述语言VHDL来实现机械手逻辑控制。
上传时间： 2013-04-24
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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
上传用户：源弋弋
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。目前，嵌入式系统己经广泛应用到工业、交通、能源、通信、科研、医疗卫生、国防以及日常生活等领域，并不断朝着体积小，功能强的方向发展。嵌入式系统不同于原来的单片机系统，它不仅有自己的操作系统，上层应用程序，而且还具备网络通信和信息管理的功能。 ARM体系的处理器是目前嵌入式系统中使用最广泛的处理器。它采用了RISC技术，具有寻址方式简单，寄存器多，指令长度固定等的特点使得它的处理速度快，执行效率高。由于Linux对于ARM技术的支持，具有内核可裁减，网络功能强大，代码开放的特点，把Linux应用到嵌入式系统中，能充分发挥ARM和Linux的优势。 论文以“掌上中文语言学习系统”项目为依托，以ARM体系处理器和Ljnux操作系统的嵌入式系统为基础，构建一个掌上语言学习设备。 论文首先进行了开发环境的设计与搭建，对开发主机进行TFTP服务器、NFS服务器、minicom串口通信和GNU交叉工具链进行配置。实现了针对NAND闪存的U-Boot启动程序的建立，并对Linux操作系统内核进行了移植工作。最后利用图形界面系统MiniGUI和远程调试技术实现了掌上语言学习的软件功能。
上传时间： 2013-07-24
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