随着人们对于数字视频和数字图像的需求越来越大，数字电视广播和手机电视迅速发展起来，但是人们对于数字图像质量的要求也越来越高。对于观众来讲，画面的质量几乎是最为重要的，然而由于信道传输特性不理想和加性噪声的影响，不可避免地会产生误码，导致图像质量的下降，甚至无法正常收看。因此，为了保障图像质量就需要采用纠错编码(又称信道编码)的方式来实现通信。在数字视频广播系统(DVB)中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输都采用了信道编码。 本文首先深入研究DVB标准中的信道编码部分的关键技术；然后依照DVB-T标准技术要求，设计并硬件实现了数字视频传输的信道编解码系统。在该系统中，编解码器与信源端的接口利用了MPEG-2的视频传输接口同步并行接口(SPI)，这种接口的应用让系统具有很强的通用性；与信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的数据通信设备可以直接与数字通信设备连接，这使得应用时对于信道的选择具有较大的灵活性。 在深入理解RS编解码算法，卷积交织/解交织原理，卷积编码/VITERBI译码算法原理的基础上，本文给出了解码部分的设计方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件实现。在RS解码过程中引入了流水线机制，从而很大程度上提高了解码效率。解交织器部分采用了RAM分区循环法，利用对RAM读写地址的控制实现解卷积交织，这种方法控制电路简单，实现速度比较快，代价小。VITERBI译码器采用截尾译码，在几乎不影响译码准确度的基础上大大提高了解码效率。
上传时间： 2013-07-16
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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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视频监控系统是一门集计算机技术、通信技术和数字视频技术于一体的综合系统。目前视频监控正向着数字化、网络化的方向发展。实现基于网络的视频监控系统的关键是一种嵌入式设备，它应该能够采集压缩视频数据并通过网络进行传输。 本文介绍了一种基于嵌入式Linux的网络视频监控系统的设计和实现方法。首先从整体上分析了网络视频监控系统的总体设计方案，给出了视频服务器的硬件框架和软件体系，并重点讨论了在ARM处理器上实现MPEG-4压缩编码的方法。其次在ARM硬件平台成功构建了armlinux嵌入式系统：包括引导程序Bootloader的设计、修改配置linux内核以及制作JFFS2文件系统。其中创新地提出了从nandflash启动U-BOOT具体设计方法。为了完成系统进一步的视频采集工作，系统实现了USB数码摄像头的驱动。在应用程序开发过程中，首先设计了基于Vide04Linux的视频采集程序，并采用mmap(内存映射)方式截取图片。其次重点分析了MPEG-4编码模型XVID程序中的运动估计部分，并研究了半像素快速搜索算法，从而减少了搜索点数提高了运算速度。最后利用开源JRTPLIB库实现视频数据流的RTP传送。 整个设计都是在深圳旋极公司研制的SUPER-ARM硬件平台上进行的，linux内核采用2.4.18。其中MPEG-4编码优化测试是在ARM DeveloperSuite(ADS)version 1.2中完成。 本课题为在ARM平台实现网络视频监控的设计做了有益的探索性尝试，对今后进一步完成远程嵌入式视频监控系统的设计有着积极的意义。
上传时间： 2013-07-21
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LDPC(低密度奇偶校验码)编码是提高通信质量和数据传输速率的关键技术。LDPC码应用于实际通信系统是本课题的研究重点。实际通信要求在LDPC码长尽量短、码率尽量高及硬件可实现的前提下，结合连续相位MSK调制，满足归一化信噪比SNR=2dB时，系统误码率低于10-4。根据课题背景，本文主要研究基于FPGA的LDPC编码器设计与实现。 LDPC码的编码复杂度往往与其帧长的平方成正比，编码复杂度大，成为编码硬件实现的一个障碍；论文针对实际系统的预期指标，通过对多种矩阵构造算法的预选方案及影响LDPC码性能参数仿真分析，基于1/2码率，1024和2048两种帧长，设计了三种编码器的备选方案，分别为直接下三角编码器，串行准循环编码器和二阶准循环编码器。 对于每种编码器，分别设计了其整体结构，并对每种编码器的功能模块进行深入研究，设计完成后利用第3方软件MODELSIM对编码器进行了时序仿真；根据时序仿真结果和综合报告对三种编码方案进行比较，最终选择串行准循环编码器作为硬件实现的编码方案。 最后，在FPGA中硬件实现了串行准循环编码器并对其进行测试，利用MATLAB仿真程序和串口通信工具最终验证了这种编码器的正确性和硬件可实现性。
上传时间： 2013-08-02
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LDPC码以其接近Shannon极限的优异性能在编码界引起了轰动，成为研究的热点。随着研究的不断深入和技术的发展，目前，LDPC码已经被多个通信系统定为信道编码方案，并被应用到第二代数字视频广播卫星(DVB—S2)通信系统中。由于LDPC码译码过程中所涉及的数据量庞大，译码时序控制复杂，如何实现LDPC码译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现LDPC码译码器为研究目标，主要对译码算法选择、译码数据量化、定点数据表示方式、译码算法关键运算单元的FPGA设计和译码的时序控制进行了深入研究。首先分析了LDPC码的基本译码原理和常用译码算法。然后重点分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和归一化最小和算法，并对四种译码算法的纠错性能和译码复杂度进行比较论证，选出适合硬件实现的译码方案。结合通信系统，对译码算法进行仿真分析，确定了译码算法的各个参数值和译码量化方案。 在系统仿真分析论证的基础之上，以归一化最小和译码算法为理论方案，利用硬件描述语言编写译码功能模块，并基于FPGA实现了固定译码长度的LDPC码译码器，利用MATLAB和Modelsim分别对译码器进行了功能验证和时序验证，最后模拟通信系统完成了译码器的硬件测试。
上传时间： 2013-04-24
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H.264/AVC是ITU-T和ISO联合推出的新标准，采用了近几年视频编码方面的先进技术，以较高编码效率和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。 本文以实现D1格式的H.264/AVC实时编码器为目标，作者负责系统架构设计，软硬件划分以及部分模块的硬件算法设计与实现。通过对H.264/AVC编码器中主要模块的算法复杂度的评估，算法特点的分析，同时考虑到编码器系统的可伸缩性，可扩展性，本文采用了DSP+FPGA的系统架构。DSP充当核心处理器，而FPGA作为协处理器，针对编码器中最复杂耗时的模块一运动估计模块，设计相应的硬件加速引擎，以提供编码器所需要的实时性能。 H.264/AVC仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案，其中一个主要的不同在于帧间预测采用了可变块尺寸的运动估计，同时运动向量精度提高到1/4像素。更小和更多形状的块分割模式的采用，以及更加精确的亚像素位置的预测，可以改善运动补偿精度，提高图像质量和编码效率，但同时也大大增加了编码器的复杂度，因此需要设计专门的硬件加速引擎。 本文给出了1/4像素精度的运动估计基于FPGA的硬件算法设计与实现，包括整像素搜索，像素插值，亚像素(1/2，1/4)搜索以及多模式选择(支持全部七种块分割模式)。设计中，将多处理器技术和流水线技术相结合，提供高性能的并行计算能力，同时，采用合理的存储器组织结构以提供高数据吞吐量，满足运算的带宽要求，并使编码器具有较好的可伸缩性。最后，在Modelsim环境下建立测试平台，完成了对整个设计的RTL级的仿真验证，并针对Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件进行优化，从而使工作频率最终达到134MHz，分析数据表明该模块能够满足编码器的实时性要求。
上传时间： 2013-07-24
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在航空航天，遥感测量，安全防卫以及家用影视娱乐等领域，要求能及时保存高清晰度的视频信号供后期分析、处理、研究和欣赏。因此，研究一套处理速度快，性能可靠，使用方便，符合行业相关规范的高清视频编解码系统是十分必要的。 本文首先介绍了高清视频的发展历史。并就当前相关领域的发展阐述了高清视频编解码系统的设计思路，提出了可行的系统设计方案。基于H.264的高清视频编码系统对处理器的要求非常高，一般的DSP和通用处理器难以达到性能要求。本系统选择富士通公司最新的专用视频编解码芯片MB86H51，实时编解码分辨率达到1080p的高清视频。芯片具有压缩率高，功耗低，体积小等优点。系统的控制设备由三块FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分别负责视频输入输出，码流输入输出和主编解码芯片的控制。ARM作为上层人机交互的控制器，向系统使用者提供操作界面，并与主控FPGA相连。方案实现了高清视频的输入，实时编码和码流存储输出等功能于一体，能够编码1080p的高清视频并存储在硬盘中。系统开发的工作难点在于FPGA的程序设计与调试工作。其次，详细介绍了FPGA在系统中的功能实现，使用的方法和程序设计。使用VHDL语言编程实现I2C总线接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA内置的M4K快速存储单元实现128K的命令存储ROM，并对设计元件模块化，方便今后的功能扩展。编程实现了PIO模式的硬盘读写和SDRAM接口控制功能，实现高速的数据存储功能。利用时序状态机编程实现主芯片编解码控制功能，完成编解码命令的发送和状态读取，并对设计思路，调试结果和FPGA资源使用情况进行分析。着重介绍设计中用到的最新芯片及其工作方式，分析设计过程中使用的最新技术和方法。有很强的实用价值。最后，论文对系统就不同的使用情况提出了可供改进的方案，并对与高清视频相关的关键技术作了分析和展望。
上传时间： 2013-07-26
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随着数字技术的高速发展，越来越多的针对数字视频压缩、传送、显示等的设备涌入市场。要从这些良莠不齐的产品中挑选出令人满意的商品，一套良好的数字视频测试设备就必不可少。然而，现阶段大多数数字视频信号源都存在不同的缺点，如测试图像种类太少、没有动态测试源、缺乏专用测试信号等。为有效克服这些缺陷，作者设计并开发了一套基于FPGA的数字视频信号发生器。整个系统包括硬件平台和图像格式转换软件两大部分。硬件平台本身即为独立的信号发生器，可以生成多种测试图像。配备了图像格式转换软件，就可以实现硬件平台从PC机接收各种静态测试图像、动态测试序列，不断更新测试图像库。整个系统具有良好的硬件体系结构、便捷的输入接口，稳定的信号输出，同时操作灵活、方便，易于升级更新。 在系统的开发过程中，使用了多种硬件、软件开发工具，如PROTEL DXP、ISE、MODEL SIM、MATLAB、C＃．NET等。由于软硬件调试均由同一人完成，因此整个系统具备良好的统一性和兼容性。 另外，作者还研究并设计了一种针对H.264编解码器压缩损伤的测试信号。评估一个编码器的性能可采用主观评价或客观评价两种方法。其中主观评价最为直接、有效。本文在依托主观评价方法的基础上，结合客观参数的指导性，研究并设计一种通过人眼就可以方便的观测到实际存在的压缩损伤的测试信号，以达到直接对编解码器性能进行比较的目的。
上传时间： 2013-07-19
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本文以“机车车辆轮对动态检测装置”为研究背景，以改进提升装置性能为目标，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上实现图像采集控制、图像处理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)压缩编码标准的基本系统。本文使用硬件描述语言Verilog，以RedLogic的RVDK开发板作为硬件平台，在开发工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B环境中完成软核的设计与仿真验证。 数据采集部分完成的功能是将由模拟摄像机拍摄到的图像信号进行数字化，然后从数据流中提取有效数据，加以适当裁剪，最后将奇偶场图像数据合并成帧，存储到存储器中。数字化及码流产生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA对SAA7113芯片初始化设置、控制，并对数字化后的数据进行操作。 图像处理算法部分考虑到实时性与算法复杂度等因素，从装置的图像处理流程中有选择性地实现了直方图均衡化、中值滤波与边缘检测三种图像处理算法。 压缩编码部分依据JPEG标准基本系统顺序编码模式，在FPGA上实现了DCT(Discrete Cosine Transform)变换、量化、Zig-Zag扫描、直流系数DPCM(Differential Pulse Code Modulation)编码、交流系数RLC(Run Length code)编码、霍夫曼编码等主要步骤，最后用实际的图像数据块对系统进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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