隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像處理技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和社會生活的各個方面都得到了廣泛的運用。與此同時，人們對圖像處理的要求也越來越高。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理器件主要有專用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和數(shù)字信號處理器（Digital Signal Process）。進(jìn)入20世紀(jì)以來，伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA以其應(yīng)用靈活、集成度高、功能強(qiáng)大、設(shè)計周期短、開發(fā)成本低的特點，越來越多地被應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域。大量實踐證明，F(xiàn)PGA的并行處理能力與流水線作業(yè)能顯著地提高圖像處理的速度，因此基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景。 本文研究的是一個在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)下的圖像預(yù)處理子系統(tǒng)。首先實現(xiàn)了一個通用可重復(fù)配置的圖像處理算法研究硬件平臺，完成圖像的采集、接收、處理、存儲、輸出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重復(fù)配置性，所以該架構(gòu)的硬件平臺可以很方便的升級和重復(fù)配置。其次在該平臺上，本文使用Verilog HDL硬件語言在FPGA芯片上實現(xiàn)了多種圖像預(yù)處理算法。在實現(xiàn)過程中，為了充分發(fā)揮FPGA在并行處理方面的強(qiáng)大功能，本文對算法做了一定的改進(jìn)，使其盡量能使用并行處理的方式來完成。實驗結(jié)果表明，本圖像預(yù)處理系統(tǒng)能在毫秒級高速地完成多種圖像算法，完全能夠滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)50幀/秒的輸出要求。 最后根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實際運用中出現(xiàn)的噪聲類型多樣化的情況，我們設(shè)計了一種基于反饋理論的圖像處理效果控制模塊。該模塊能通過對處理后圖像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA對下一幅圖像的噪聲采用更有針對性的圖像處理方法。
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)不斷的進(jìn)步，SOC(System On a Chip)是未來IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究關(guān)注的重點。由于SOC設(shè)計的日趨復(fù)雜化，芯片的面積增大，芯片功能復(fù)雜程度增大，其設(shè)計驗證工作也愈加繁瑣。復(fù)雜ASIC設(shè)計功能驗證已經(jīng)成為整個設(shè)計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統(tǒng)對ASIC設(shè)計進(jìn)行功能驗證，就是利用FPGA器件實現(xiàn)用戶待驗證的IC設(shè)計。利用測試向量或通過真實目標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統(tǒng)，可在ASIC設(shè)計的早期，驗證芯片設(shè)計功能，支持硬件、軟件及整個系統(tǒng)的并行開發(fā)，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標(biāo)系統(tǒng)中同時測試系統(tǒng)中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優(yōu)點是速度快，能夠?qū)崟r仿真用戶設(shè)計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數(shù)據(jù)，而FPGA作為硬件系統(tǒng)，突出優(yōu)點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調(diào)試系統(tǒng)的開發(fā)和ASIC的開發(fā)同時進(jìn)行。 此設(shè)計以ALTERA公司的FPGA為主體來構(gòu)建驗證系統(tǒng)硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構(gòu)建與PC的調(diào)試驗證數(shù)據(jù)鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產(chǎn)生測試向量，通過JTAG控制SOC目標(biāo)系統(tǒng)，達(dá)到對SOC內(nèi)部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標(biāo)系統(tǒng)后續(xù)軟件的開發(fā)和調(diào)試。 本文介紹了芯片驗證系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的性能、組成、功能以及系統(tǒng)的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統(tǒng)的硬件平臺，提出了驗證系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，重點對驗證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路的實現(xiàn)進(jìn)行了闡述；詳細(xì)研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統(tǒng)，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結(jié)合，構(gòu)建出調(diào)試與驗證數(shù)據(jù)鏈路；根據(jù)芯片驗證的要求，設(shè)計出軟核處理器NIOS II系統(tǒng)與PC建立數(shù)據(jù)鏈路的軟件系統(tǒng)，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務(wù)主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術(shù)，完成對國產(chǎn)某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構(gòu)建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統(tǒng)的可重用性和驗證數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、采集的實時性、準(zhǔn)確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統(tǒng)在芯片驗證與測試應(yīng)用研究領(lǐng)域，有較高的理論和實踐研究價值。
