随着信息技术和计算机技术的飞速发展，数字信号处理已经逐渐发展成一门关键的技术科学。图像处理作为一种重要的现代技术，己经在通信、航空航天、遥感遥测、生物医学、军事、信息安全等领域得到广泛的应用。图像处理特别是高分辨率图像实时处理的实现技术对相关领域的发展具有深远意义。另外，现场可编程门阵列FPGA和高效率硬件描述语言Verilog HDL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，为图像压缩系统的实现提供了硬件支持和软件保障。 本文主要包括以下几个方面的内容： (1)结合某工程的具体需求，设计了一种基于FPGA的图像压缩系统，核心硬件选用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存储器件选用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，图像压缩的核心算法选用近无损压缩算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述语言实现了JPEG-LS标准中的基本算法，为课题组成员进行算法改进提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述语言设计并实现了SDRAM控制器模块，使核心压缩模块能够方便灵活地访问片外存储器。 (4)构建了图像压缩系统的测试平台，对实现的SDRAM控制器模块和JPEG-LS基本算法模块进行了软件仿真测试和硬件测试，验证了其功能的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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遥感图像是深空探测和近地观测所得数据的重要载体，在军事和社会经济生活领域发挥着重要作用。由于遥感图像数据量巨大，它的存储和传输已成为遥感信息应用中的关键问题。图像压缩编码技术能降低图像冗余度，从而减小图像的存储容量和传输带宽，它的研究对于遥感图像应用具有重要的现实意义。CCSDS图像压缩算法是空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的图像数据压缩算法。该算法复杂度较低，并行性好，适合于硬件实现，能实现对空间数据的实时处理，从而广泛应用于深空探测和近地观测。对于直接关系到军事战略、经济建设等方面的遥感图像的传输，必须对它进行加密处理。AES加密算法是由美国国家标准和技术研究所(NIST)于2000年发布的数据加密标准，它不但能抵抗各种攻击，保证加密数据的安全性，而且易于软件和硬件实现。本论文对CCSDS图像压缩算法和AES加密算法进行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS图像压缩算法的原理和结构，用C语言实现了算法的编解码器，并与SPIHT算法和JPEG2000算法的性能进行了比较。 (2)研究了AES加密算法的原理和结构，用C语言实现了算法的加解密器。 (3)介绍了实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法的FPGA设计所选择的软件开发工具、开发语言和硬件开发平台。 (4)给出了CCSDS编码器的FPGA实现方法和实现性能。 (5)给出了AES加密器的FPGA实现方法和实现性能。 本文设计的CCSDS图像压缩和AES加密FPGA系统运用了流水线设计、高速内存设计、模块并行化设计和模块串行化设计等技术，在系统速度和资源面积上取得了较好的平衡，达到了预期的设计目的。
上传时间： 2013-07-15
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本文以星载图像数据的压缩与加密为背景，对CCSDS图像压缩算法和AES数据加密算法做了深入研究。文章的主要工作包括： (1)实现了CCSDS图像压缩算法的C程序，并且与SPIHT算法和JPEG2000算法在星载图像压缩领域做了简单的对比； (2)对原始CCSDS图像压缩算法进行了改进。实验结果表明，改进后的算法在提升算法性能的同时，降低了算法的复杂度； (3)研究了AES数据加密标准，并实现了该算法的C程序； (4)用VerilogHDL语言实现了CCSDS图像压缩算法和AES数据加密算法的编码器； (5)在FPGA硬件平台上，验证了这两种算法编码器的正确性和有效性。
上传时间： 2013-04-24
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数字图像的压缩是解决图像数据量大、存储和传输困难的基本措施。图像压缩的方法很多，一般可分为有损压缩和无损压缩两大类。有损压缩允许一定程度的信息丢失，在满足实际应用的条件下能够取得较高的压缩比；无损压缩不允许信息丢失，但是压缩比难以提高。在医学图像、遥感图像等应用领域，对于图像的压缩比和失真度都有着较高要求，因此需要采用近无损压缩的方法。近无损压缩是有损压缩和无损压缩的一个折衷，允许一定的失真，能够获得高保真还原图像的同时，得到比无损压缩更高的压缩比。 JPEG-LS是连续色调静止图像无损和近无损压缩的国际标准，算法复杂度低，压缩性能优越，但是JPEG-LS对不同图像压缩时压缩比不可控制。本文在研究JPEG-LS近无损图像压缩算法的基础上，针对具体应用背景，提出了一种基于块的近无损压缩方法。进一步利用图像局部纹理特性分析，对不同特性的区域容忍不同的信息丢失程度，实现了对图像压缩的码率控制。针对某工程应用中的具体要求，我们以FPGA为平台，采用Verilog HDL语言对改进算法进行了硬件实现。 实验结果证明，这种基于块的具有码率控制的近无损图像压缩算法，在实现较为精确的码率控制的同时，能够获得较高的还原图像质量，而且硬件实现复杂度低，能够满足对图像的实时压缩要求。
上传时间： 2013-06-18
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS图像压缩算法，并根据其编码方案，设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面，将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析； (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法； (3)优化算法复杂度较大的功能模块，如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度，利用DSP块处理核心运算单元，从而很大程度上提高了模块的运行速度，并降低了芯片的使用面积； (4)设计并实现系统的模块级流水线，在几乎不增加占用芯片面积的情况下，提高了系统的数据吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段，设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块，提高了系统验证的工作效率。
上传时间： 2013-05-19
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目前的国内的CCD高清摄相头能够输出一组视频信号和数字图像信号，虽然视频信号能够直接在监视器显示，但是输出的数字图像信号占用存储空间太大，不便于进行传输。本文设计了一种基于FPGA的数字图像压缩卡。 在过去的十几年中，国际标准化组织制订了一系列的国际视频编码标准并广泛应用到各种领域。It.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。 新发展的H．264/AVC比原有的视频编码标准大幅度提高了编码效率，但其运算复杂度也大大增加，本文简要分析了H．264/AVC的复杂度及其优化的途径，给出了主要模块的优化算法实验结果。 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，主要不同有：增强的运动预测能力，准确匹配的较小块变换，自适应环内滤波器，增强的熵编码。测试结果表明这些新特征使H．264/AVC编码器提高50％编码效率的同时，增加了一个数量级的复杂度。实际中恰当地使用H．264/AVC编码工具可以较低的实现复杂度得到与复杂配置相当的编码效率。故实际编码系统开发需要在运算复杂性和编码效率之间进行折衷、兼顾考虑。H．264/AVC引入的新编码特征既增加基本模块的复杂度，也成倍增加算法的复杂度。针对它们的作用和实现方法的不同，可采用不同的硬件实现方法。本文基于上述思路进行优化，具体的工作包括：针对去块滤波的复杂性，本文提出一种适合硬件实现的算法，使其在节省了资源的同时，很好的达到了标准所定义的性能。针对变换量化的复杂性，本文提出一种既满足整体的硬件流水结构，又极大的降低了硬件资源的实现方法。针对码率控制的实现，本文提出了一种有别于传统实现方式的算法，在保证实时性的同时，极大的提高了编码器的性能。本文基于上述算法还进行Baseline Profile编码器的研究，给出了一种实时编码器结构，实现了对高清图像格式(720P)的实时编码，并将其和当前业界先进水平进行了对比，表明本文所实现得结构能够达到当前业界的先进水平。
上传时间： 2013-07-23
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随着信息技术和计算机技术的飞速发展，数字信号处理已经逐渐发展成一门关键的技术科学。图像处理作为一种重要的现代技术，己经在通信、航空航天、遥感遥测、生物医学、军事、信息安全等领域得到广泛的应用。图像处理特别是高分辨率图像实时处理的实现技术对相关领域的发展具有深远意义。另外，现场可编程门阵列FPGA和高效率硬件描述语言Verilog HDL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，为图像压缩系统的实现提供了硬件支持和软件保障。 本文主要包括以下几个方面的内容： (1)结合某工程的具体需求，设计了一种基于FPGA的图像压缩系统，核心硬件选用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存储器件选用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，图像压缩的核心算法选用近无损压缩算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述语言实现了JPEG-LS标准中的基本算法，为课题组成员进行算法改进提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述语言设计并实现了SDRAM控制器模块，使核心压缩模块能够方便灵活地访问片外存储器。 (4)构建了图像压缩系统的测试平台，对实现的SDRAM控制器模块和JPEG-LS基本算法模块进行了软件仿真测试和硬件测试，验证了其功能的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
上传时间： 2013-04-24
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基于FPGA的静止图像压缩系统的研究-JPEG编码器的设计电力电子与电力传动数字图像在人们生活中的应用越来越广泛，由于原始图像数据量比较大，因此数字图像压缩技术逐渐成为图像应用的一个核心环节。在数字图像压缩领域，国际标准化组织于1992年推出的JPEG标准应用最为广泛。 本文基于FPGA设计了JPEG图像压缩系统，通过改进算法，优化结构，在合理的利用硬件资源的条件下，有效的挖掘出算法内部的并行性。改进了DCT变换算法，设计了并行查找表结构的乘法器，采用了流水线优化算法来解决时间并行性问题，提高了DCT模块的运算速度。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了Huffman编码运算，同时提高了编码速度。整个设计通过EDA软件进行了逻辑综合及功能与时序仿真。综合和仿真结果表明，本文提出的算法在速度和资源利用方面均达到了较好的状态，可满足实时JPEG图像压缩的要求。 设计了一个硬件开发平台，对JPEG图像压缩系统进行了验证。硬件平台上使用ADV7181B来实现AD转换；使用TI公司TMS320C6416型DSP芯片实现了系统配置以及通过PCI接口与上位机PC的实现数据交换；使用Microsoft VC++6．0开发平台开发了系统控制软件平台，实现对整个压缩系统的控制。
上传时间： 2013-05-24
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CCSDS组织(空间数据系统咨询委员会)于2005年公布了新的图像压缩标准，该标准算法采用基于小波变换的比特平面编码方法，支持无损有损压缩编码和精确码率控制并具有较好的抗误码能力和非常高的图像压缩性能，能满足实际应用中的多种需求。同时该算法具有较低的算法复杂度，易于低功耗硬件实现，并且对航天图像具有较高的适应性，因此，在航天应用方面具有广阔的前景。 本论文主要针对CCSDS图像压缩算法的FPGA硬件实现，在有限的硬件资源下，提出高速高效的CCSDS图像压缩编码器设计方案并在已有的FPGA硬件平台上加以实现。本文首先对CCSDS图像压缩算法的编码原理进行详细介绍；然后提出DWT、BPE和码流组织这三大模块的并行化硬件实现方案，并给出了进行批量仿真测试的仿真平台设计方案。最后在Xilinx VIRTEX-II FPGA平台上经过成功验证，测试结果表明系统各项技术指标可满足星载图像压缩的要求。
上传时间： 2013-06-13
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