基于∑-△噪聲整形技術(shù)和過(guò)采樣技術(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)可以可靠地把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為高精度的模擬信號(hào)。采用這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換具有諸多優(yōu)點(diǎn),例如極低的失配噪聲和高的可靠性,便于作為IP模塊嵌入到其他芯片系統(tǒng)中等,更重要的是可以得到其他DAC結(jié)構(gòu)所無(wú)法達(dá)到的精度和動(dòng)態(tài)范圍。在高精度測(cè)量、音頻轉(zhuǎn)換、汽車(chē)電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 由于非線性和不穩(wěn)定性的存在,高階∑-△調(diào)制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)存在較大的難度。本設(shè)計(jì)綜合大量文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)原則和方法,首先闡述了∑-△調(diào)制器的一般原理,并討論了一般結(jié)構(gòu)調(diào)制器的設(shè)計(jì)過(guò)程,然后描述了穩(wěn)定的高階高精度調(diào)制器的設(shè)計(jì)流程。根據(jù)市場(chǎng)需求,設(shè)定了整個(gè)設(shè)計(jì)方案的性能指標(biāo),并據(jù)此設(shè)計(jì)了達(dá)到16bit精度和滿量程輸入范圍的三階128倍過(guò)采樣調(diào)制器。 本設(shè)計(jì)采用∑-△結(jié)構(gòu),根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)了量化器位數(shù)、調(diào)制器過(guò)采樣比和階數(shù)。在分析高階單環(huán)路調(diào)制器穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,成功設(shè)計(jì)了六位量化三階單環(huán)路調(diào)制器結(jié)構(gòu)。在16比特的輸入信號(hào)下,達(dá)到了90dB左右的信噪比。該設(shè)計(jì)已經(jīng)在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證,并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)音頻驗(yàn)證。測(cè)試表明,該DAC模塊輸出信號(hào)的信噪比能滿足16比特?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的分辨率要求,并具備良好的兼容性和通用性。 本設(shè)計(jì)可作為IP核廣泛地在其他系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)用,具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和一定的創(chuàng)新性。
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術(shù)的發(fā)展,人們獲得了越來(lái)越高的視聽(tīng)享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標(biāo)清、高清、全高清。與顯示技術(shù)發(fā)展結(jié)伴而行的是顯示接口技術(shù)的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術(shù)上經(jīng)歷了一個(gè)從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過(guò)程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長(zhǎng)和支持正版保護(hù)等功能,符合當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口之一,并獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 從上世紀(jì)80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來(lái),FPGA就以其體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活,運(yùn)算速度快,編程方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用與IC設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個(gè)HDMI的接收顯示平臺(tái)。針對(duì)HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn),使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號(hào)的輸入和輸出緩沖。在硬件板級(jí)設(shè)計(jì)上,針對(duì)HDMI和DDR2的相關(guān)高速電路,采用了一系列的高速電路設(shè)計(jì)方法,有效的避免了信號(hào)的反射,串?dāng)_等不良現(xiàn)象。同時(shí)在對(duì)HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時(shí)序規(guī)范的深入研究的基礎(chǔ)上,在ALTERA的開(kāi)發(fā)平臺(tái)QUARTUSII上編寫(xiě)了系統(tǒng)的頂層模塊和相關(guān)各功能子模塊,并仿真通過(guò)。 論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲(chǔ)器件DDR2的時(shí)序規(guī)范。 2、論文搭建的整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)龐大,涉及到相關(guān)的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費(fèi)了作者大量的時(shí)間和精力。 3、論文首次使用FPGA來(lái)處理HDMI信號(hào)且直接驅(qū)動(dòng)顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對(duì)高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門(mén)措施,具有一定的借鑒價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)在人機(jī)交互領(lǐng)域的極大發(fā)展，作為人臉信息處理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，人臉檢測(cè)現(xiàn)在已經(jīng)成為模式識(shí)別，計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人機(jī)交互領(lǐng)域不可缺少的一部分。但是，人臉檢測(cè)算法存在計(jì)算量大、速度慢等缺點(diǎn)。軟件實(shí)現(xiàn)方式無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)處理要求，而現(xiàn)有的硬件實(shí)現(xiàn)需要占用大量硬件資源。 本文針對(duì)現(xiàn)有人臉檢測(cè)硬件實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)Adaboost算法和現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的分析，提出了雙流水線硬件檢測(cè)架構(gòu)：掃描窗口流水線、特征向量流水線。并在Vertex-II Pro FPGA平臺(tái)驗(yàn)證成功，達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。具體工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括如下幾點(diǎn)： 介紹了人臉檢測(cè)的原理以及人臉檢測(cè)經(jīng)典算法。其中，詳細(xì)介紹了Adaboost算法。 對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。指出現(xiàn)有各架構(gòu)的缺點(diǎn)，即資源占用多，檢測(cè)速度慢。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，本文提出了一個(gè)適合嵌入式應(yīng)用的掃描窗口、特征向量雙流水線檢測(cè)硬件架構(gòu)，詳細(xì)說(shuō)明了該架構(gòu)的工作原理，并在該架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)加入預(yù)測(cè)加載技術(shù)，進(jìn)一步提高檢測(cè)速度。隨后，采用存儲(chǔ)器訪問(wèn)效率，架構(gòu)內(nèi)部存儲(chǔ)單元大小，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短，運(yùn)算單元數(shù)量四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)比較了新架構(gòu)和現(xiàn)有架構(gòu)的差別，顯示出新架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。 基于提出的架構(gòu)，給出了Adaboost人臉檢測(cè)系統(tǒng)的VLSI實(shí)現(xiàn)方案。本文中，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法將人臉檢測(cè)系統(tǒng)分成若干個(gè)子模塊，然后對(duì)每個(gè)子模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和說(shuō)明，給出了每個(gè)子模塊的硬件架構(gòu)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及verilog實(shí)現(xiàn)后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA開(kāi)發(fā)板完成人臉檢測(cè)系統(tǒng)的硬件驗(yàn)證。FPGA驗(yàn)證結(jié)果表明對(duì)于QCIF分辨率的視頻圖像，人臉檢測(cè)系統(tǒng)能夠達(dá)到50fps的檢測(cè)速度，滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。
上傳時(shí)間： 2013-06-15
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人臉識(shí)別技術(shù)繼指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別以及聲音識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)之后，以其獨(dú)特的方便、經(jīng)濟(jì)及準(zhǔn)確性而越來(lái)越受到世人的矚目。作為人臉識(shí)別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測(cè)，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴(kuò)大，在視頻會(huì)議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機(jī)交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個(gè)行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來(lái)建立自己的模塊，為用戶的升級(jí)和改進(jìn)留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計(jì)方法的靈活性降低了整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計(jì)成為電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測(cè)算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練分類器、定點(diǎn)化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測(cè)系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開(kāi)發(fā)板上平臺(tái)上，達(dá)到實(shí)時(shí)的檢測(cè)效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對(duì)于人臉檢測(cè)算法，首先確保的是檢測(cè)率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測(cè)方法。算法中較多的是積分圖的特征值計(jì)算，這便于進(jìn)一步的硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)檢測(cè)算法進(jìn)行耗時(shí)分析確定運(yùn)行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場(chǎng)可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開(kāi)發(fā)時(shí)間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開(kāi)發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過(guò)分析可以對(duì)算法進(jìn)行細(xì)致的劃分，實(shí)現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點(diǎn)化：在Adaboost算法中，需要進(jìn)行大量的浮點(diǎn)計(jì)算。這里采用的方法是直接對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對(duì)尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進(jìn)檢測(cè)用的級(jí)聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對(duì)系統(tǒng)的整體進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，在視頻輸入輸出接入的同時(shí)，人臉檢測(cè)能夠達(dá)到17fps的檢測(cè)速度，并且獲得了很好的檢測(cè)率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-07-01
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普通GPS接收機(jī)在特殊環(huán)境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內(nèi)環(huán)境的情況下，由于衛(wèi)星信號(hào)非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，特別是在交通事故、火災(zāi)和地震等極端環(huán)境下，快速準(zhǔn)確定位當(dāng)事者所處位置對(duì)于降低事態(tài)損失和營(yíng)救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也都制定了相應(yīng)的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發(fā)展政策。而高靈敏度GPS接收機(jī)定位的關(guān)鍵在于GPS微弱信號(hào)的處理。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì)GPS微弱信號(hào)改進(jìn)處理方法。針對(duì)傳統(tǒng)GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號(hào)捕獲方法,來(lái)提高低信噪比情況下微弱信號(hào)的捕獲能力，實(shí)現(xiàn)快速高靈敏度的準(zhǔn)確捕獲；針對(duì)捕獲微弱信號(hào)處理大量數(shù)據(jù)導(dǎo)致的運(yùn)算量激增，運(yùn)用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運(yùn)算量同時(shí)縮短捕獲時(shí)間。針對(duì)傳統(tǒng)GPS接收機(jī)延遲鎖相環(huán)跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環(huán)失鎖造成的信號(hào)跟蹤丟失概率，來(lái)提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號(hào)的跟蹤能力，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的連續(xù)可靠跟蹤。通過(guò)提高GPS微弱信號(hào)的捕獲與跟蹤能力，進(jìn)而使GPS接收機(jī)在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號(hào)微弱時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位與導(dǎo)航。 通過(guò)擬合GPS接收機(jī)實(shí)際接收到的原始數(shù)據(jù)，構(gòu)造出不同載噪比的數(shù)字信號(hào)，分別對(duì)提出的針對(duì)微弱信號(hào)的捕獲與跟蹤算法進(jìn)行仿真比較驗(yàn)證，結(jié)果表明，對(duì)接收機(jī)后端信號(hào)處理部分作出的算法改進(jìn)使得GPS接收機(jī)可以更好的處理微弱信號(hào)，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時(shí)針對(duì)提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術(shù)對(duì)算法主要的數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行了初步的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行了板級(jí)驗(yàn)證，結(jié)果表明，利用FPGA技術(shù)可以較好的實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)處理功能。文章最后給出了結(jié)論，通過(guò)提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號(hào)跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號(hào)處理的難題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)環(huán)境下的定位與導(dǎo)航。
標(biāo)簽： FPGA GPS 信號(hào)實(shí)時(shí)處理
上傳時(shí)間： 2013-05-31
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隨著Internet的不斷發(fā)展，人們希望日常生活中所用到的嵌入式設(shè)備都能夠很方便地實(shí)現(xiàn)Intemet接入，這對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，要求低成本、多功能、高性能。這些是目前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。 可編程邏輯器件FPGA在過(guò)去的幾十年中取得了飛速發(fā)展，從最初的幾千門(mén)到現(xiàn)在的幾百萬(wàn)門(mén)，可靠性與集成度不斷提高，而功耗和成本卻在不斷降低，具有很高的性價(jià)比。再加上開(kāi)發(fā)周期短、對(duì)開(kāi)發(fā)人員的要求相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，因此被大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。 本文是基于FPGA高性價(jià)比、可靈活配置的特點(diǎn)，也是當(dāng)前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，所以我們提出了基于FPGA的實(shí)現(xiàn)方案。本文通過(guò)在FPGA中硬件實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議(包括UDP、IP、ARP、TCP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)以及以太網(wǎng)MAC協(xié)議，并提供標(biāo)準(zhǔn)MII接口，通過(guò)外接PHY實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。最終成功地通過(guò)了驗(yàn)證。 基于FPGA的實(shí)現(xiàn)可以有效地降低成本，同時(shí)可以在其中集成其他功能模塊，提高整個(gè)系統(tǒng)的集成度，減小PCB版圖面積和布線復(fù)雜度，有利于提高系統(tǒng)可靠性。因此，本研究課題對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的實(shí)用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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FPGA(Field Programmable Gate Arrays)是目前廣泛使用的一種可編程器件，F(xiàn)PGA的出現(xiàn)使得ASIC(Application Specific Integrated Circuits)產(chǎn)品的上市周期大大縮短，并且節(jié)省了大量的開(kāi)發(fā)成本。目前FPGA的功能越來(lái)越強(qiáng)大，滿足了目前集成電路發(fā)展的新需求，但是其結(jié)構(gòu)同益復(fù)雜，規(guī)模也越來(lái)越大，內(nèi)部資源的種類也R益豐富，但同時(shí)也給測(cè)試帶來(lái)了困難，F(xiàn)PGA的發(fā)展對(duì)測(cè)試的要求越來(lái)越高，對(duì)FPGA測(cè)試的研究也就顯得異常重要。 本文的主要工作是提出一種開(kāi)關(guān)盒布線資源的可測(cè)性設(shè)計(jì)，通過(guò)在FPGA內(nèi)部加入一條移位寄存器鏈對(duì)開(kāi)關(guān)盒進(jìn)行配置編程，使得開(kāi)關(guān)盒布線資源測(cè)試時(shí)間和測(cè)試成本減少了99％以上，而且所增加的芯片面積僅僅在5％左右，增加的邏輯資源對(duì)FPGA芯片的使用不會(huì)造成任何影響，這種方案采用了小規(guī)模電路進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了很好的結(jié)果，是一種可行的測(cè)試方案。 本文的另一工作是采用一種FPGA邏輯資源的測(cè)試算法對(duì)自主研發(fā)的FPGA芯片F(xiàn)DP250K的邏輯資源進(jìn)行了嚴(yán)格、充分的測(cè)試，從FPGA最小的邏輯單元LC開(kāi)始，首先得到一個(gè)LC的測(cè)試配置，再結(jié)合SLICE內(nèi)部?jī)蓚€(gè)LC的連接關(guān)系得到一個(gè)SLICE邏輯單元的4種測(cè)試配置，并且采用陣列化的測(cè)試方案，同時(shí)測(cè)試芯片內(nèi)部所有的邏輯單元，使得FPGA內(nèi)部的邏輯資源得完全充分的測(cè)試，測(cè)試的故障覆蓋率可達(dá)100％，測(cè)試配置由配套編程工具產(chǎn)生，測(cè)試取得了完滿的結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯(lián)合組成的JVT共同制定的一項(xiàng)新的視頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264/AVC的應(yīng)用亮點(diǎn)。在同樣的視覺(jué)質(zhì)量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率。但H.264獲得優(yōu)越性能的代價(jià)是計(jì)算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計(jì)其編碼的計(jì)算復(fù)雜度大約為H.263的3倍，因此很難應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻處理領(lǐng)域。針對(duì)這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)做了大量的研究工作，力圖降低其計(jì)算復(fù)雜度和提高運(yùn)行效率。比如在運(yùn)動(dòng)估計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)很成熟。而針對(duì)幀內(nèi)/幀間預(yù)測(cè)編碼的研究卻較少。因此研究預(yù)測(cè)模式的快速算法具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文在詳細(xì)研究H.264標(biāo)準(zhǔn)視頻壓縮編碼特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析了H.264幀內(nèi)編碼, 幀間編碼及變換，量化技術(shù)的原理及特點(diǎn)，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內(nèi)模式判決算法，通過(guò)結(jié)合SAD的模式選擇方法來(lái)減少模式選擇數(shù)目。它采用了Sobel梯度算子計(jì)算當(dāng)前塊的邊緣信息，累加當(dāng)前塊中屬于同一方向像素點(diǎn)的邊緣矢量構(gòu)造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預(yù)測(cè)模式。該算法有效降低了編碼器的運(yùn)算復(fù)雜度，在并未顯著降低編碼性能的情況下提升了編碼器效率。仿真表明：Foreman 圖像序列編碼性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，這大大提高了視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。 另外在幀間預(yù)測(cè)模式選擇算法方面進(jìn)行了改進(jìn)研究：按順序?qū)Σ煌愋瓦M(jìn)行判決，有選擇地去比較可能模式，使得在有效減少需判決的模式數(shù)量的同時(shí)，結(jié)合小塊模式搜索中途停止準(zhǔn)則來(lái)確定最優(yōu)模式。仿真表明：改進(jìn)算法相對(duì)與原來(lái)算法能夠節(jié)省很多的編碼時(shí)間（平均下降了49.3％），但帶來(lái)的圖像質(zhì)星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。 同時(shí)在整數(shù)DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對(duì)4×4點(diǎn)數(shù)據(jù)做一次變換，只需通過(guò)8×8次加法和2×8次移位運(yùn)算便可完成，與原來(lái)12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度。 最后介紹FPGA的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)流程，并實(shí)現(xiàn)了H.264編解碼器中變換編碼及量化和熵解碼模塊的硬件。這種基于FPGA所實(shí)現(xiàn)的H.264編碼視頻處理模塊設(shè)計(jì)具備了成本低，周期短，設(shè)計(jì)方法靈活等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 仿真表明，通過(guò)使用本文提出的幀內(nèi)/幀間速算法方法可使得H.264編碼速度獲得顯著的提高，使H.264 Baseline編碼器能在PC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼。
上傳時(shí)間： 2013-07-18
上傳用戶：zukfu
隨著移動(dòng)終端、多媒體、通信、圖像掃描技術(shù)的發(fā)展，圖像應(yīng)用日益廣泛，壓縮編碼技術(shù)對(duì)圖像處理中大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸至關(guān)重要。同時(shí)， FPGA單片規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實(shí)，因此采用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像壓縮已成為一種必然趨勢(shì)。JPEG靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用非常廣泛，是圖像壓縮中主要的標(biāo)準(zhǔn)之一。研究JPEG圖像壓縮在FPGA上的實(shí)現(xiàn)，具有廣闊的應(yīng)用背景。 論文從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，通過(guò)設(shè)計(jì)圖像壓縮的IP核，完成JPEG壓縮算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)。首先闡述JPEG基本模式的壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)，然后在設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程中，采用SOC的設(shè)計(jì)思想，給出整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層次劃分，對(duì)各個(gè)模塊的HDL實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述，最后完成整體驗(yàn)證。方案采用了IP核復(fù)用的設(shè)計(jì)技術(shù)，基于Xilinx公司本身的IP核，進(jìn)行了再次開(kāi)發(fā)。在研究JPEG標(biāo)準(zhǔn)的核心算法DCT的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)了適合器件結(jié)構(gòu)的基于DA算法的DCT變換的IP核。通過(guò)結(jié)構(gòu)和算法的優(yōu)化，提高了速度，減少占用過(guò)多的片內(nèi)資源。 設(shè)計(jì)基于Xilinx的Virtex- II系列的FPGA的硬件平臺(tái),在ISE7.1中編譯綜合，最后通過(guò)Modelsim仿真驗(yàn)證。分辨率為352×288大小的源圖像，在不同的壓縮等級(jí)設(shè)置下，均測(cè)試通過(guò)。仿真驗(yàn)證的結(jié)果表明：基于FPGA的JPEG壓縮編碼占用較少的硬件資源，可在較高的工作頻率下運(yùn)行，設(shè)計(jì)在速度和資源利用率方面達(dá)到了較優(yōu)的狀態(tài)，能夠滿足一般圖像壓縮的要求。 整個(gè)設(shè)計(jì)可以作為單獨(dú)的JPEG編碼芯片也可以作為IP核添加到其他系統(tǒng)中去，具有一定的使用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：nairui21
JPEG 2000是為適應(yīng)不斷發(fā)展的圖像壓縮應(yīng)用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達(dá)到時(shí)(空)域或頻率域局部化的時(shí)頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺(jué)機(jī)制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡(jiǎn)化了小波變換的計(jì)算，使其在實(shí)時(shí)信號(hào)處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)提升的方法很容易構(gòu)造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡(jiǎn)化了小波變換的硬件電路設(shè)計(jì)。在當(dāng)今數(shù)字化和信息化時(shí)代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據(jù)JPEG 2000推薦無(wú)損提升小波算法和有損提升小波算法，設(shè)計(jì)圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時(shí)頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構(gòu)造小波基的系統(tǒng)方法和計(jì)算離散小波的快速算法等。重點(diǎn)放在介紹正交小波和雙正交小波的構(gòu)造方法，并介紹了數(shù)字圖像在小波域的特點(diǎn)。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構(gòu)造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實(shí)現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢(shì)及FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)，然后重點(diǎn)介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及Xilinx的FPGA開(kāi)發(fā)軟件ISE，最后介紹了硬件描述語(yǔ)言VHDL語(yǔ)言的特點(diǎn)。 最后一部分是本論文研究的主要內(nèi)容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設(shè)計(jì)和二維變換模塊設(shè)計(jì)。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)-低速低功耗的串行流水線結(jié)構(gòu)和高速高功耗的并行陣列結(jié)構(gòu)。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)-低速低功耗的折疊結(jié)構(gòu)和高速高功耗的串行結(jié)構(gòu)。 文章對(duì)提升小波變換的FPGA實(shí)現(xiàn)中的大量細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行了討論，給出了每種結(jié)構(gòu)提升小波變換模塊的電路原理圖，并對(duì)原理圖進(jìn)行了仿真測(cè)試，仿真測(cè)試結(jié)果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應(yīng)領(lǐng)域的實(shí)際要求。
上傳時(shí)間： 2013-06-08
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