H.264/AVC是由國際電信聯合會的視頻專家組和國際標準化組織的運動圖像專家組組成的聯合視頻小組制定的下一代視頻壓縮標準。新標準采用了一些先進算法，因此具有優異的壓縮性能和極好的網絡親和性，滿足低碼率情況下的高質量視頻的傳輸。 H.264/AVC采用的先進算法包括多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數變換量化、去方塊濾波和熵編碼。本論文著重對整數變換與量化、去方塊濾波做了研究。整數變換是一種只有加法和移位的運算，量化可以通過查表和乘法操作就可以完成，避免了反變換的時候失配問題，沒有精度損失；去方塊濾波是一種用來去除低碼率情況下的每個宏塊的塊效應，提高了解碼圖像的外觀。 本文主要從算法研究和硬件實現兩方面著手，在算法研究方面設計了一個可視化測試軟件，在硬件實現方面主要對整數變換、量化和去方塊濾波做了研究和實現。視頻壓縮技術的關鍵在于視頻壓縮算法及其芯片的實現，FPGA可重復使用，設計修改靈活，片內資源豐富，具備DSP模塊等優勢。在本論文的目標實現部分模塊FPGA的硬件設計，用Verilog完成了關鍵部分的設計。首先簡要介紹了視頻壓縮基本原理，常用視頻壓縮標準及其特性以及國內外的研究動態，并對H.264標準基本檔次所涉及的核心技術進行了詳細介紹，兩種分層結構分別討論。其次在掌握了H.264.算法及編解碼流程的基礎上，設計了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺。然后詳細介紹了整數變換、量化、反變換和反量化核心模塊的設計和實現，并在Altera的軟件和開發板上進行了仿真驗證；對去方塊濾波算法做了軟件研究測試，并給出了一種改進的硬件整體結構設計。最后，對全文工作進行了總結和對未來研究工作做了展望。我在課題中所做的主要工作有： 1.查閱相關文獻，熟悉H.264.標準及整數變換、量化和去方塊濾波等算法。 2.用VC++完成了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺設計。 3.用Verilog完成了整數變換量化、反變換反量化模塊FPGA設計與驗證。 4.去方塊濾波器的算法研究、仿真和硬件整體結構設計。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術標準，在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264/AVC的應用亮點。在同樣的視覺質量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節約了50％的碼率。但H.264獲得優越性能的代價是計算復雜度的增加，據估計其編碼的計算復雜度大約為H.263的3倍，因此很難應用于實時視頻處理領域。針對這一現狀，業內做了大量的研究工作，力圖降低其計算復雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面，國內外在這方面的研究已經很成熟。而針對幀內/幀間預測編碼的研究卻較少。因此研究預測模式的快速算法具有理論意義和應用價值。 本文在詳細研究H.264標準視頻壓縮編碼特點基礎上，分析了H.264幀內編碼, 幀間編碼及變換，量化技術的原理及特點，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內模式判決算法，通過結合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數目。它采用了Sobel梯度算子計算當前塊的邊緣信息，累加當前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復雜度，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的質量。 另外在幀間預測模式選擇算法方面進行了改進研究：按順序對不同類型進行判決，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量的同時，結合小塊模式搜索中途停止準則來確定最優模式。仿真表明：改進算法相對與原來算法能夠節省很多的編碼時間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。 同時在整數DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對4×4點數據做一次變換，只需通過8×8次加法和2×8次移位運算便可完成，與原來12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運算復雜度。 最后介紹FPGA的特點及設計流程，并實現了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所實現的H.264編碼視頻處理模塊設計具備了成本低，周期短，設計方法靈活等優點，具有廣闊的市場應用前景。 仿真表明，通過使用本文提出的幀內/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平臺上實現實時編碼。
上傳時間： 2013-07-18
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在當今的廣播系統中，絕大部分的視頻信號是隔行采樣的。采用這種掃描格式，能夠大幅度地減少視頻的帶寬，但也會引起彩色爬行、畫面閃爍、邊緣模糊及鋸齒等現象。這種缺陷經人尺寸屏幕放大后就更加明顯。為改善畫面的視覺效果，去隔行技術應運而生。同時，視頻信號本身的低幀頻也會導致行抖動、線爬行以及大面積閃爍等視覺效果上的缺陷。增加掃描頻率會把這些視覺缺陷搬移到人眼不敏感的高頻區域上去從而產生較好的主觀圖象質量。而為了適應不同顯示終端以及對圖像大小變化的要求就必須對原始信號分辨率即每幀行數和每行像素數進行變換。因此去隔行、幀頻轉換、分辨率變換成為視頻格式轉換的基本內容。 FPGA 的出現是VLSI技術和EDA技術發展的結果。FPGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺，經過設計輸入、仿真、測試和校驗，直到達到預期的結果。使用FPGA器件可以大大縮短系統的研制周期，減少資金投入。另外采用FPGA器件可以將原來的電路板級產品集成芯片級產品，從而降低了功耗，提高了可靠性，同時還可以很方便的對設計進行在線修改。 該文在介紹了視頻格式轉換中的主要算法后，重點對去隔行、幀頻轉換、分辨率變換的FPGA綜合實現方案進行了由簡單到復雜的深入研究，分別給出了最簡解決方案、基于非線性算法的解決方案和基于運動補償的解決方案。最簡解決方案利用線性算法將去隔行，幀頻轉換，分辨率變換三項處理同時實現，達到FPGA內部資源和外部RAM耗用量都為最小的要求，是后續復雜方案的基礎。其中去隔行采用場合并方式，幀頻轉換采用幀重復方式，分辨率變換采用均勻插值方式。基于非線性算法的解決方案中加入了對靜止區域的判斷，靜止區域的輸出像素值直接選用相應位置的已存輸入數據，非靜止區域的輸出像素值通過對已存輸入數據進行非線性運算得出。基于運動補償的解決方案在對靜止區域進行判斷和處理的基礎上，對欲生成的變頻后的場間插值幀進行運動估計，根據運動矢量得出非靜止區域的輸出像素值。其中為求得輸入場間相應時間位置上的插值幀輸出數據，該方案采用了自定義的前后向塊匹配運動估計方式，通過對三步搜索算法的高效實現，將SAD 值進行比較得出運動矢量。
上傳時間： 2013-07-19
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本文采用基于運動補償的算法,對去隔行系統及其FPGA設計作了深入的研究.該系統包括三個關鍵模塊運動估計模塊是去隔行系統的設計重點,設計為雙向運動估計,采用菱形快速搜索算法,主要分為計算和控制兩大部分.計算部分為SAD計算模塊,采用累加樹和流水線技術;控制部分根據菱形搜索算法的第三步搜索的特點,對比較模塊、SAD暫存器等模塊做了具體的設計.對于運動補償模塊采用雙向補償的算法,補償精度為半像素.根據半像素點的位置將運動補償計算分為四個狀態,并通過對四個狀態計算特點的分析設計了加法器的結構復用.同時基于視頻數據處理的需要,設計了四個具有雙體存儲結構的內部緩存器,由FPGA內部的嵌入式陣列塊實現.根據運動估計模塊和運動補償模塊的計算特點,分別對緩存器的結構、讀寫時序和列序號控制進行設計,有效提高了數據的存取效率.本文對于這三個去隔行系統的關鍵模塊都給出了RTL級設計和模塊的功能仿真,并在最后一章中給出了去隔行系統的FPGA設計.
上傳時間： 2013-06-11
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數字視頻監控系統是一門集計算機技術、通信技術和數字視頻技術于一體的綜合系統，它充分利用大規模集成電路和網絡的科技成果，體積小巧、性能穩定、通訊便利，被廣泛應用于交通、銀行、醫院、視頻會議、無人監控等諸多領域。 本系統基于ARM微處理器平臺，移植嵌入式Linux操作系統，并完成視頻采集、壓縮、傳輸等任務。為降低產品成本，系統采用ARM9微處理器S3C2410作為主處理器，以USB攝像頭作為視頻采集設備，用軟件對視頻數據進行MPEG—4壓縮。 論文首先從整體上分析了嵌入式數字視頻監控系統的總體設計方案，給出了硬件框架和軟件體系。其次在ARM硬件平臺成功構建了armlinux嵌入式系統，包括引導程序Bootloader的設計、修改配置Linux內核以及制作JFFS2文件系統，完成USB數碼攝像頭的驅動。在應用程序開發過程中，設計了基于Video4Linux的視頻采集程序，采用mmap(內存映射)方式截取圖片，分析了MPEG—4編碼模型XVID程序中的運動估計部分，研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點數提高了運算速度。最后利用開源JRTPLIB庫實現視頻數據流的RTP傳送。 整個設計是在S3C2410硬件平臺上進行的，采用2.4.18版本的Linux內核。其中MPEG—4編碼優化測試是在ARMDeveloperSuite(ADS)version1.2中完成的。 本課題為在ARM平臺實現數字視頻監控的設計做了有益的探索性嘗試，對今后進一步完成遠程嵌入式視頻監控系統的設計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-10
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視頻監控系統是一門集計算機技術、通信技術和數字視頻技術于一體的綜合系統。目前視頻監控正向著數字化、網絡化的方向發展。實現基于網絡的視頻監控系統的關鍵是一種嵌入式設備，它應該能夠采集壓縮視頻數據并通過網絡進行傳輸。 本文介紹了一種基于嵌入式Linux的網絡視頻監控系統的設計和實現方法。首先從整體上分析了網絡視頻監控系統的總體設計方案，給出了視頻服務器的硬件框架和軟件體系，并重點討論了在ARM處理器上實現MPEG-4壓縮編碼的方法。其次在ARM硬件平臺成功構建了armlinux嵌入式系統：包括引導程序Bootloader的設計、修改配置linux內核以及制作JFFS2文件系統。其中創新地提出了從nandflash啟動U-BOOT具體設計方法。為了完成系統進一步的視頻采集工作，系統實現了USB數碼攝像頭的驅動。在應用程序開發過程中，首先設計了基于Vide04Linux的視頻采集程序，并采用mmap(內存映射)方式截取圖片。其次重點分析了MPEG-4編碼模型XVID程序中的運動估計部分，并研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點數提高了運算速度。最后利用開源JRTPLIB庫實現視頻數據流的RTP傳送。 整個設計都是在深圳旋極公司研制的SUPER-ARM硬件平臺上進行的，linux內核采用2.4.18。其中MPEG-4編碼優化測試是在ARM DeveloperSuite(ADS)version 1.2中完成。 本課題為在ARM平臺實現網絡視頻監控的設計做了有益的探索性嘗試，對今后進一步完成遠程嵌入式視頻監控系統的設計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-07-21
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近年來，LED(light emitting diode，發光二極管)電子顯示屏作為一種高科技產品日益引起人們的重視。它可以實時顯示或循環播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強、顯示內容修改方便、亮度高、顯示穩定且壽命長等多種優點，被廣泛應用于商業廣告、體育比賽、交通信息報導等諸多領域。 LED顯示屏的核心技術主要集中在控制器中。目前，大部分異步顯示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微處理器的處理速度、體系架構、尋址范圍、外圍接口資源等諸多限制，已難以在要求顯示較多像素、顯示內容幀頻較高、動態顯示效果復雜的情況下得到良好的動態視覺效果。 針對以上情況，本文研究開發了一種全新的，由32位高性能ARM微處理器組成的LED顯示屏控制系統，就控制平臺、硬件結構和軟件開發實現給出了驅動部分和控制部分的詳細分析與設計。 本文根據LED顯示屏在列車車廂和火車、汽車車站旅客導向系統中為應用背景，結合LPC2138的功能特點和LED顯示屏的功能需求。詳細介紹了顯示屏控制系統中包括電源模塊、復位模塊、RS485通訊電路等主要模塊的設計。成功實現了數據掃描、數據發送、數據通訊等LED顯示屏所需的功能。 結合控制系統RS485通訊協議和系統顯示的要求，分析了LED顯示屏通訊和控制系統的軟件開發流程。并詳細分析了顯示屏的靜、動態圖文顯示軟件流程結構；系統從上位機接受數據到信息顯示的整個軟件處理流程。 最后本文分析了LED顯示屏控制系統研發中所遇到的幾個難點問題，包括：提高RS485總線可靠性和抗干擾問題、系統在頻繁更換內容死機的問題、顯示內容較多時視覺效果的處理問題，并給出了解決方法。 經過實際測試，本文所述LED顯示屏控制系統性能良好，工作穩定可靠，易于維護升級，具有很高的性價比。
上傳時間： 2013-05-28
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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圖像增強技術是數字圖像處理領域中的一項重要內容，隨著數字圖像處理應用領域的不斷擴大，快速、實時圖像處理技術成為研究的熱點。超大規模集成電路技術的飛速發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構和基于查找表的獨特結構等優點使得在數字信號處理領域的應用持續上升。國內外，越來越多的實時圖像處理應用逐漸轉向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強技術研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內直接對像素灰度值進行運算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實現。FPGA可以靈活地實現并行、實時處理圖像數據，正是利用這一特點，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強處理系統設計。該系統采用SOPC技術，完成圖像增強處理。文中給出了系統設計思路，并分析了該系統的結構及功能實現，說明了系統實現過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設計方法構造圖像增強處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強模塊進行電路描述，并進行設計優化、仿真，在生成系統配置文件后加載到FPGA上進行板級調試。完成了基于FPGA的圖像增強算法模塊的設計，重點設計實現了點運算增強處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進行了改進設計實現，采用FPGA完成了對圖像增強算法的硬件加速。
上傳時間： 2013-06-16
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文中簡單闡述了紅外輻射機理，論述了紅外焦平面陣列技術的發展狀況。紅外成像系統，尤其是紅外焦平面陣列，由于探測器材料和制造工藝的原因，各像素點之間的靈敏度存在差別，甚至存在一些缺陷點，各個探測單元特征參數不完全一致，因而存在著較大的非均勻性，降低了圖像的分辨率，影響了紅外成像系統的有效作用距離。實時非均勻性校正是提高和改善紅外圖像質量的一項重要技術。 論文建立了描述其非均勻性的數學模型，分析了紅外焦平面陣列非均勻性產生的原因及特點，討論了幾種常用的非均勻性校正的方法，指出了其各自的優缺點和適應場合。 根據紅外探測器光譜響應的特點和基于參考源的兩點溫度非均勻性校正理論，采用FPGA+DSP實現紅外成像系統實時非均勻性兩點校正，設計完成了相應的紅外焦平面陣列非均勻性校正硬件電路。對該系統中各個模塊的功能及電路實現進行了詳細的描述，并給出了相應的結構框圖。同時給出了該圖像處理器的部分軟件流程圖。該方法動態范圍大而且處理速度快，適用于紅外成像系統實時的圖像處理場合。實踐表明，該方案取得了較為滿意的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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