圖像縮放在圖像處理領(lǐng)域中，發(fā)揮著重要作用。圖像的分辨率調(diào)整和格式變換，都需要用到圖像縮放技術(shù)。隨著多媒體技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，利用硬件實(shí)現(xiàn)視頻圖像無(wú)級(jí)縮放已成為圖像處理研究的一個(gè)重要課題。 圖像縮放通常由插值算法實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的插值算法由于實(shí)現(xiàn)原理的局限性，在縮放時(shí)容易引起邊緣鋸齒或細(xì)節(jié)模糊現(xiàn)象。針對(duì)傳統(tǒng)插值算法的這個(gè)不足，出現(xiàn)了許多基于邊緣改進(jìn)的算法。但這些算法一般只能完成2k倍數(shù)插值，無(wú)法真正做到基于邊緣的無(wú)級(jí)縮放。 為了實(shí)現(xiàn)基于邊緣改進(jìn)的無(wú)級(jí)縮放，本文做了如下五個(gè)方面的研究工作： 1.系統(tǒng)回顧了圖像縮放技術(shù)，包括傳統(tǒng)圖像縮放技術(shù)和多邊緣檢測(cè)插值，分析了這些圖像縮放技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。 2.重點(diǎn)研究了新興的方向多項(xiàng)式插值算法，該算法能夠真正完成基于邊緣改進(jìn)的無(wú)級(jí)縮放。 3.提出改進(jìn)的方向多項(xiàng)式插值算法(IOPI算法)，該算法針對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)，做了兩個(gè)方面改進(jìn)：提出EDV算法，簡(jiǎn)化邊緣方向的確定；提出Cubic6逼近插值算法(A-Cubic6算法)，改善平坦區(qū)域縮放效果。其中的EDV算法通過(guò)加減、比較模塊，完成邊緣方向的確定。相比原算法中的乘除法、直方圖計(jì)算，大大簡(jiǎn)化了硬件實(shí)現(xiàn)，降低了硬件實(shí)現(xiàn)成本。A-Cubic6算法利用查找表簡(jiǎn)化了Cubic6點(diǎn)插值算法的實(shí)現(xiàn)，而且明顯改善了非邊緣區(qū)域的縮放效果。 4.研究縮放算法與圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法。比較、分析各算法的軟件仿真結(jié)果，得出結(jié)論：本文提出的IOPI算法在平坦區(qū)域和邊緣區(qū)域都具有比其它算法更突出的效果。 5.結(jié)合實(shí)時(shí)視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實(shí)現(xiàn)。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實(shí)現(xiàn)，可以在硬件平臺(tái)上穩(wěn)定工作。
上傳時(shí)間： 2013-06-05
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為了克服傳統(tǒng)的局部特征匹配算法對(duì)噪聲和圖像灰度非線性變換敏感的不足，提出了基于SIFT（Scale Invariant Feature Transform）描述算子的特征匹配算法。該算法首先
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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極值型中值濾波算法在高噪聲率下的濾波效果不是很好，主要原因有以下兩個(gè)：首先，濾波窗口中過(guò)多的噪聲點(diǎn)會(huì)使窗口中的點(diǎn)在排序時(shí)產(chǎn)生中值偏移；其次是高噪聲率環(huán)境下，可能序列中值本身就是是噪聲點(diǎn)。對(duì)此，本文提出
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)帶寬和數(shù)據(jù)速率的要求越來(lái)越高，超寬帶(ultra-wideband，UWB)通信以其傳輸速率高、空間容量大、成本低、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，成為解決企業(yè)、家庭、公共場(chǎng)所等高速因特網(wǎng)接入的需求與越來(lái)越擁擠的頻率資源分配之間的矛盾的技術(shù)手段。 論文主要圍繞兩方面展開分析：一是介紹用于UWB無(wú)載波脈沖調(diào)制及直接序列碼分多址調(diào)制(DS-CDMA)的新型脈沖，即Hermite正交脈沖，并且分析了這種構(gòu)建UWB多元通信和多用戶通信的系統(tǒng)性能。二是分析了UWB的多帶頻分復(fù)用物理層提案(MBOA)的調(diào)制技術(shù)，并在FPGA上實(shí)現(xiàn)了調(diào)制模塊。正交Hermite脈沖集被提出用于UWB的M元雙正交調(diào)制系統(tǒng)，獲得高數(shù)據(jù)速率。調(diào)整脈沖的脈寬因子和中心頻率能使脈沖滿足FCC的頻譜要求。M元雙正交調(diào)制的接收機(jī)需要M/2個(gè)相關(guān)器，遠(yuǎn)比M元正交調(diào)制所需的相關(guān)器數(shù)量少。誤碼率一定時(shí)，維數(shù)M的增加可獲得高的比特率和低的信噪比。雖然高階的Hermite脈沖易受抖動(dòng)時(shí)延的影響，但當(dāng)抖動(dòng)時(shí)延范圍小于0.02ns時(shí)，其影響較為不明顯。本文認(rèn)為1～8階的Hermite脈沖皆可用，可構(gòu)成16元雙正交系統(tǒng)。 正交Hermite脈沖集也可以構(gòu)造UWB多用戶系統(tǒng)。各用戶的信息用不同的Hermite脈沖同時(shí)傳輸，其多用戶的誤比特率上限低于高斯單脈沖構(gòu)成的PPM多用戶系統(tǒng)的誤比特率，所以其系統(tǒng)性能更優(yōu)。正交Hermite脈沖還可以用于UWB的DS-CDMA調(diào)制，在8個(gè)脈沖可用的情況下，最多可容64個(gè)用戶同時(shí)通信。 基于MBOA提出的UWB物理層協(xié)議，本文用Verilog硬件語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了調(diào)制與解調(diào)結(jié)構(gòu)，并用Modelsim做了時(shí)序驗(yàn)證。用Verilog編程實(shí)現(xiàn)的輸出數(shù)據(jù)與Matlab生成的UWB建模的輸出結(jié)果一致。為了達(dá)到UWBMB-OFDM系統(tǒng)的FFT處理器的要求，一個(gè)混和基多通道流水線的FFT算法結(jié)構(gòu)被提出。其有效的實(shí)現(xiàn)方法也被提出。這種結(jié)構(gòu)采用多通道以獲得高的數(shù)據(jù)吞吐量。此外，它用于存儲(chǔ)和復(fù)數(shù)乘法器的硬件損耗相比其他的FFT處理器是最少的。高基的FFT蝶算減少了復(fù)數(shù)乘法器的數(shù)量。在132MHz的工作頻率下，整個(gè)128點(diǎn)FFT變換在此結(jié)構(gòu)模式下只需要242.4ns,滿足了MBOA的要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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自適應(yīng)濾波器是統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理的一個(gè)重要組成部分。在實(shí)際應(yīng)用中，由于沒(méi)有充足的信息來(lái)設(shè)計(jì)固定系數(shù)的數(shù)字濾波器，或者設(shè)計(jì)規(guī)則會(huì)在濾波器正常運(yùn)行時(shí)改變，因此我們需要研究自適應(yīng)濾波器。凡是需要處理未知統(tǒng)計(jì)環(huán)境下運(yùn)算結(jié)果所產(chǎn)生的信號(hào)或需要處理非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)，自適應(yīng)濾波器可以提供一種吸引人的解決方法，而且其性能通常遠(yuǎn)優(yōu)于用常規(guī)方法設(shè)計(jì)的固定濾波器。此外，自適應(yīng)濾波器還能提供非自適應(yīng)方法所不可能提供的新的信號(hào)處理能力。 本論文從自適應(yīng)濾波器研究的重要意義入手，介紹了線性自適應(yīng)濾波器的基本原理、算法及設(shè)計(jì)方法，對(duì)幾種基于最小均方誤差準(zhǔn)則或最小平方誤差準(zhǔn)則的自適應(yīng)濾波器算法進(jìn)行研究，最終基于一改近的LMS算法設(shè)計(jì)復(fù)數(shù)自適應(yīng)濾波器，并以VHDL語(yǔ)言編寫在maxplus平臺(tái)上進(jìn)行仿真測(cè)試。
標(biāo)簽： FPGA 自適應(yīng)濾波器
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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建立在數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)之上的寬帶數(shù)字偵察接收機(jī)要求能夠?qū)崿F(xiàn)高截獲概率、高靈敏度、近乎實(shí)時(shí)的信號(hào)處理能力。雙信號(hào)數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)是寬帶數(shù)字偵察接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決寬帶數(shù)字接收機(jī)中前端高速ADC采樣的高速數(shù)據(jù)流與后端DSP處理速度之間瓶頸問(wèn)題的可行方案。測(cè)頻技術(shù)以及帶通濾波，即寬帶數(shù)字下變頻技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文首先介紹了寬帶數(shù)字偵察接收關(guān)鍵技術(shù)之一的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)，著重研究了快速、高精度雙信號(hào)測(cè)頻算法以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)。論文主要工作如下： (1)分析了現(xiàn)代電子偵察環(huán)境下的信號(hào)特征，指出寬帶數(shù)字接收機(jī)必須滿足寬監(jiān)視帶寬、流水作業(yè)以及近實(shí)時(shí)的響應(yīng)時(shí)間。給出了一種頻率引導(dǎo)式的數(shù)字接收機(jī)方案，簡(jiǎn)要介紹這種接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)——快速、高精度頻率估計(jì)以及高效的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換。 (2)介紹了FFT技術(shù)在測(cè)頻算法中的應(yīng)用，比較了FFT專用芯片及其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，指出為了滿足實(shí)時(shí)處理要求，必須選用FPGA設(shè)計(jì)FFT模塊。 (3)在分析常規(guī)的插值算法基礎(chǔ)上，提出了一種單信號(hào)的快速插值頻率估計(jì)方法，只需三個(gè)FFT變換系數(shù)的實(shí)部構(gòu)造頻率修正項(xiàng)，計(jì)算量低。該方法具有精度高、測(cè)頻速率快的特點(diǎn)。 (4)基于DFT理論和自相關(guān)理論，提出了結(jié)合FFT和自相關(guān)的雙信號(hào)頻率估計(jì)算法。該方法先用DFT估計(jì)其中一個(gè)信號(hào)的頻率和幅度，以此頻率對(duì)信號(hào)解調(diào)并對(duì)消該頻率成分，最后利用自相關(guān)理論估計(jì)出另一個(gè)信號(hào)的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術(shù)，研究了信號(hào)平方與FFT結(jié)合的雙信號(hào)頻率估計(jì)算法。根據(jù)信號(hào)中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號(hào)譜峰搜索，就可以得到雙信號(hào)的和頻與差頻分量的估計(jì)值，并利用插值技術(shù)提高測(cè)頻精度。該算法能夠精確地估計(jì)頻率間隔小的雙信號(hào)頻率，且容易地?cái)U(kuò)展到復(fù)信號(hào)，F(xiàn)PGA硬件實(shí)現(xiàn)容易。 (6)基于現(xiàn)代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號(hào)頻率估計(jì)算法。方法在利用AR(2)模型系數(shù)估計(jì)雙正弦信號(hào)頻率之和的同時(shí)，利用FFT快速測(cè)頻算法估計(jì)其中強(qiáng)信號(hào)分量的頻率值。算法仿真驗(yàn)證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計(jì)雙信號(hào)頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達(dá)雙信號(hào)頻率估計(jì)的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并進(jìn)行了時(shí)序仿真。 (8)討論了雙信號(hào)帶寬匹配接收系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，給出了快速測(cè)頻及帶寬估計(jì)模塊設(shè)計(jì)。
上傳時(shí)間： 2013-06-02
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本文研究了在復(fù)雜背景下紅外圖像的背景和噪聲抑制算法，并且完成了硬件實(shí)現(xiàn)，主要包括以下內(nèi)容： 1.通過(guò)對(duì)實(shí)際紅外圖像的背景和噪聲特性的研究分析，設(shè)計(jì)改進(jìn)了一種基于加權(quán)廣義次序統(tǒng)計(jì)濾波器的背景抑制的算法。紅外圖像的噪聲通常為脈沖噪聲，具有高頻特性；而紅外圖像的背景變換比較緩慢，其頻譜成分多集中在低頻區(qū)域，所以本文在對(duì)圖像特性分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)改進(jìn)了基于加權(quán)廣義次序統(tǒng)計(jì)濾波器的背景抑制的算法。在對(duì)采集的起伏背景紅外圖像進(jìn)行背景抑制后，用全局門限可以有效的分割出目標(biāo)信息，輸出包含目標(biāo)信息的二值化圖像，為后續(xù)處理提供數(shù)據(jù)。但是出于更復(fù)雜背景條件下算法有效性的目的，深入討論了局部自適應(yīng)門限分割算法的設(shè)計(jì)。 2.在實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中，底層的圖像預(yù)處理算法目前難以用軟件實(shí)現(xiàn)；但是其運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，適于用FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)算法的FPGA設(shè)計(jì)作了較為深入地研究，同時(shí)介紹了算法的VHDL實(shí)現(xiàn)，利用模塊化的優(yōu)點(diǎn)對(duì)算法分模塊設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)介紹。 3.完成了紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的預(yù)處理部分硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)FPGA中預(yù)處理算法的處理結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)算法在硬件上的實(shí)現(xiàn)，證明了算法的有效性。
標(biāo)簽： FPGA 紅外成像 制導(dǎo) 數(shù)據(jù)
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)越來(lái)越多的應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的ASIC(專用集成電路)和DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)相比，基于FPGA和CPLD實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)具有更高的實(shí)時(shí)性和可嵌入性，能夠方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成與功能擴(kuò)展。 FFT的硬件結(jié)構(gòu)主要包括蝶形處理器、存儲(chǔ)單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內(nèi)引入流水線結(jié)構(gòu)，提高了FFT的運(yùn)算速度。同時(shí)，流水線寄存器能夠寄存蝶形運(yùn)算中的公共項(xiàng)，這樣在設(shè)計(jì)蝶形處理器時(shí)只用到了一個(gè)乘法器和兩個(gè)加法器，降低了硬件電路的復(fù)雜度。 為了進(jìn)一步提高FFT的運(yùn)算速度，本文在深入研究各種乘法器算法的基礎(chǔ)上，為蝶形處理器設(shè)計(jì)了一個(gè)并行乘法器。在實(shí)現(xiàn)該乘法器時(shí)，本文采用改進(jìn)的布斯算法，用以減少部分積的個(gè)數(shù)。同時(shí)，使用華萊士樹結(jié)構(gòu)和4-2壓縮器對(duì)部分積并行相加。 本文以32點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT為例進(jìn)行設(shè)計(jì)與邏輯綜合。通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結(jié)果與軟件計(jì)算結(jié)果相符，證明了本文所提出的算法的正確性。 另外，本文還對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果提出了進(jìn)一步的改進(jìn)方案，在乘法器內(nèi)加入一級(jí)流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當(dāng)前速度的兩倍，這在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合具有極高的實(shí)用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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本文主要對(duì)基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。由于點(diǎn)乘運(yùn)算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算的FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化。首先比較分析了三種點(diǎn)乘算法，從運(yùn)算復(fù)雜度的角度確定了蒙哥馬里算法是最利于FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運(yùn)算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過(guò)三種模乘算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出一種串并混合的乘法器，達(dá)到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對(duì)本課題設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進(jìn)行綜合及布局布線，綜合報(bào)告文件證明了本課題所設(shè)計(jì)的ECC加密系統(tǒng)達(dá)到了優(yōu)化芯片速度和面積的目的。
標(biāo)簽： FPGA ECC 密碼算法 優(yōu)化設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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近年來(lái)微光、紅外、X光圖像傳感器在軍事、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越為廣泛，但由于這些成像器件自身的物理缺陷，視覺(jué)效果很不理想，往往需要對(duì)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚缘玫竭m合人眼觀察或機(jī)器識(shí)別的圖像。因此，市場(chǎng)急需大量高效的實(shí)時(shí)圖像處理器能夠在傳感器后端對(duì)這類圖像進(jìn)行處理。而FPGA的出現(xiàn)，恰恰解決了這個(gè)問(wèn)題。 近十年來(lái)，隨著FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，F(xiàn)PGA也逐漸進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其在實(shí)時(shí)圖像處理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP應(yīng)用的FPGA的發(fā)貨量，增長(zhǎng)了50％；而常規(guī)的DSP大約增長(zhǎng)了40％。由于FPGA可無(wú)比擬的并行處理能力，使得FPGA在圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)上升，國(guó)內(nèi)外，越來(lái)越多的實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)用都轉(zhuǎn)向了FPGA平臺(tái)。與PDSP相比，F(xiàn)PGA將在未來(lái)統(tǒng)治更多前端(如傳感器)應(yīng)用，而PDSP將會(huì)側(cè)重于復(fù)雜算法的應(yīng)用領(lǐng)域。可以說(shuō)，F(xiàn)PGA是數(shù)字信號(hào)處理的一次重大變革。 算法是圖像處理應(yīng)用的靈魂，是硬件得以發(fā)揮其強(qiáng)大功能的根本。”共軛變換”圖像處理方法是一種新型的圖像處理算法，由鄭智捷博士上個(gè)世紀(jì)90年代初提出。這種算法使用基元形狀(meta-shape)技術(shù)，而這種技術(shù)的特征正好具備幾何與拓?fù)涞碾p重特性，使得大量不同的基于形態(tài)的灰度圖像處理濾波器可用這種方法實(shí)現(xiàn)。該種算法在空域進(jìn)行圖像處理，無(wú)需進(jìn)行大量復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，算法簡(jiǎn)單、快速、高效，易于硬件實(shí)現(xiàn)。通過(guò)十多年來(lái)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領(lǐng)域，”共軛變換”圖像處理方法確實(shí)有其獨(dú)特的優(yōu)異性能。本篇論文就針對(duì)”共軛變換”圖像處理方法在微光圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用，就如何在FPGA上實(shí)現(xiàn)”共軛變換”圖像處理方法展開研究。首先在Matlab環(huán)境下，對(duì)常用的圖像增強(qiáng)算法和”共軛變換”圖像處理方法進(jìn)行了比較，并且在設(shè)計(jì)制作“FPGA視頻處理開發(fā)平臺(tái)”的基礎(chǔ)上，用VHDL實(shí)現(xiàn)了”共軛變換”圖像處理方法的基本內(nèi)核并進(jìn)行了算法的硬件實(shí)現(xiàn)與效果驗(yàn)證。此外，本文還詳細(xì)地討論了視頻流的采集及其編碼解碼問(wèn)題以及I2C總線的FPGA實(shí)現(xiàn)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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