該文探討了以FPGA(Field Programmable Gates Array)為平臺(tái),使用HDL(Hardware Description Language)語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)符合JPEG靜態(tài)圖象壓縮算法基本模式標(biāo)準(zhǔn)的圖象壓縮芯片.在簡要介紹JPEG基本模式標(biāo)準(zhǔn)和FPGA設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上,針對(duì)JPEG基本模式硬件編碼器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),提出了一種新的改進(jìn)結(jié)構(gòu).JPEG基本模式硬件編碼器改進(jìn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和Verilog設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在其后章節(jié)中進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并分別給出了改進(jìn)結(jié)構(gòu)中各個(gè)模塊的單獨(dú)測(cè)試結(jié)果.在該文的測(cè)試部分,闡述利用實(shí)際圖像作為輸入,從FPGA的輸出得到了正確的壓縮圖像,計(jì)算了相應(yīng)的圖像壓縮速度和圖象質(zhì)量指標(biāo),并與軟件壓縮的速度和結(jié)果做了對(duì)比,提出了未來的改進(jìn)建議.
標(biāo)簽： FPGA JPEG 圖像壓縮 芯片設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)迅猛發(fā)展,對(duì)保證其產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)也提出了更高的要求,許多傳統(tǒng)的檢測(cè)手段已不能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需求.而在計(jì)算機(jī)視覺理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的視覺檢測(cè)技術(shù)以其高精度、非接觸、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)過程在線檢測(cè)的要求,逐漸由實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),得到了日益廣泛的應(yīng)用.隨著現(xiàn)代生產(chǎn)節(jié)拍的不斷加快,以及檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的增多,處理數(shù)據(jù)量的增大,對(duì)視覺檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量速度提出了更高的要求,而在現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)100％實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的關(guān)鍵問題是提高視覺圖像的處理速度,從而提高整個(gè)視覺檢測(cè)系統(tǒng)的處理速度.因此該文提出基于FPGA的高速圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,得到了國家"十五"攻關(guān)項(xiàng)目"光學(xué)數(shù)碼柔性通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)"的資助.該文針對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行研究并取得一定的成果:(一)高速圖像處理硬件解決方案的研究通過分析現(xiàn)有的幾種實(shí)現(xiàn)高速圖像處理的方法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA(Field Programmable Gate Array)技術(shù)的高速圖像處理系統(tǒng)的方案,并構(gòu)建了其硬件平臺(tái).(二)基于USB總線的通訊采用USB專用接口芯片,實(shí)現(xiàn)高速圖像處理系統(tǒng)與PC機(jī)的通訊驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)的正確性.(三)基于FPGA的圖像處理的研究分析圖像處理的特點(diǎn)及其基本的方法,初步研究了基于FPGA的圖像低層次處理的硬件化方法的實(shí)現(xiàn).
標(biāo)簽： FPGA 高速圖像處理
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隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件取得了迅速的發(fā)展，其功能日益強(qiáng)大，F(xiàn)PGA內(nèi)部可用邏輯資源飛速增長，近來推出的FPGA都針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)做了特定設(shè)計(jì)，集成了存儲(chǔ)器、鎖相環(huán)（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個(gè)公司提供的FPGA開發(fā)軟件使用硬件描述語言，可以實(shí)現(xiàn)特定的信號(hào)處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設(shè)計(jì)工程師提供了新的選擇。實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)采用FPGA+DSP的結(jié)構(gòu)來完成整個(gè)復(fù)雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進(jìn)行分類，F(xiàn)PGA和DSP份協(xié)作發(fā)揮各自的長處，對(duì)于算法實(shí)現(xiàn)簡單、運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實(shí)現(xiàn)，DSP則用來處理經(jīng)過預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)，來運(yùn)行算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，乘加運(yùn)算多的算法。整個(gè)系統(tǒng)主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個(gè)部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及應(yīng)用，完成了Stratix芯片的選型。設(shè)計(jì)了數(shù)字圖像處理板的電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)圖。并對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設(shè)計(jì)，并調(diào)試成功，應(yīng)用到FPGA的調(diào)試下載配置中，取得了良好的實(shí)驗(yàn)與經(jīng)濟(jì)效果。（3）充分利用FPGA的設(shè)計(jì)開發(fā)軟件與工具，完成了中值濾波、形態(tài)學(xué)濾波和自適應(yīng)閾值的FPGA實(shí)現(xiàn)，并給出了詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)過程。將算法下載到FPGA芯片，經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)試，達(dá)到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實(shí)現(xiàn)方式，選用PCI9054芯片實(shí)現(xiàn)通訊，完成PCI接口電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了中斷、DMA等方式，滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。?）學(xué)習(xí)了C6701DSP芯片的工作特性以及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，完成了DSP外圍存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生以及電源模塊等外圍電路的設(shè)計(jì)。
標(biāo)簽： FPGA DSP 紅外 圖像預(yù)處理
上傳時(shí)間： 2013-07-22
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該論文介紹加密算法及如何給數(shù)字圖像文件加密，比較適合密碼學(xué)的初入門者學(xué)習(xí)與交流。
標(biāo)簽： 數(shù)字圖像 加密
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該文就多媒體信息的主體之一-圖像信號(hào)的壓縮和解壓進(jìn)行了分析,并結(jié)合實(shí)際課題所設(shè)計(jì)的數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其中的圖像解碼過程進(jìn)行了軟硬件的實(shí)現(xiàn).首先我們?cè)贏NALOG DEVICE公司的ADSP-2189上進(jìn)行了解碼系統(tǒng)的驗(yàn)證,就解碼輸出的質(zhì)量進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià).通過軟件仿真,我們還進(jìn)一步得到了解碼過程中,哪些指令占用較多的指令執(zhí)行時(shí)間,哪些指令會(huì)成為硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)的瓶頸.它為我們的FPGA優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論上的依據(jù).綜合考慮設(shè)計(jì)方案的復(fù)雜程度、系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)時(shí)延、器件成本等各項(xiàng)因素,通過對(duì)各種FPGA器件性能與開發(fā)工具的選擇比較,決定選用Altera公司的FLEX10K器件來做最終的硬件實(shí)現(xiàn).它不僅為圖像解碼系統(tǒng)的ASIC實(shí)現(xiàn)做了一定的理論分析和技術(shù)準(zhǔn)備,也為FPGA技術(shù)在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的研究方向.在硬件設(shè)計(jì)過程中,根據(jù)FPGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),采用"自上而下"和"自下而上"相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法,將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊分割并分別實(shí)現(xiàn).所有處理模塊均采用VERILIG語言編寫,對(duì)其中的主要模塊都進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).通過這些優(yōu)化不僅提高了解壓性能,還減少了處理時(shí)間和所占用的硬件空間.最后通過仿真表明了所實(shí)現(xiàn)的圖像解碼系統(tǒng)具有良好的性能,具有一定的使用價(jià)值.
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字圖像 監(jiān)控系統(tǒng) 片的設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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本文首先分析數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，相關(guān)的DVB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ETR290，進(jìn)而提出了一個(gè)可適用于實(shí)際工作環(huán)境的語義分析模型框架；并在FPGA開發(fā)環(huán)境ISE中按照這個(gè)語義分析模型框架構(gòu)造了一個(gè)具體的VHDL模型；同時(shí)利用工具軟件Synplify和modelsim完成軟件功能和時(shí)序仿真；然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件測(cè)試平臺(tái)來驗(yàn)證模塊功能。針對(duì)數(shù)字圖像技術(shù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，本文提出了一種構(gòu)建在嵌入式硬件平臺(tái)上的分析模塊，可實(shí)時(shí)分析MPEG-2傳輸流語法。通過連接TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)/7天長時(shí)間工作。模塊化的設(shè)計(jì)，使其可以安裝于各種設(shè)備或?qū)嶋H應(yīng)用環(huán)境中的各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇y(tǒng)一的服務(wù)器；同時(shí)該模塊可設(shè)置成不同的硬件觸發(fā)模式，使之成為故障傳感器。因此，該模塊適用于工程開通、快速故障監(jiān)測(cè)、長時(shí)間監(jiān)控等。通過與市場(chǎng)上專業(yè)測(cè)試設(shè)備性能進(jìn)行比較，在測(cè)試精確性方面不占優(yōu)勢(shì)，但在達(dá)到一定數(shù)量級(jí)的測(cè)試精度后，其廉價(jià)、簡易和無需維護(hù)的特點(diǎn)將呈現(xiàn)巨大的優(yōu)勢(shì)。
標(biāo)簽： FPGA MPEG 數(shù)字圖像 傳輸流
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近年來，隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和3C(計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子)合一的加速，微型化和專業(yè)化成為發(fā)展的新趨勢(shì)，嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)成為了信息產(chǎn)業(yè)的主流，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也成為目前電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域最為熱門的技術(shù)之一，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事國防、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。本文在研究視頻采集發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于32位處理器的嵌入式圖像采集和傳輸系統(tǒng)。此套硬件系統(tǒng)可應(yīng)用于LCD顯示屏、桌面視頻、多媒體、數(shù)字電視機(jī)、圖像處理、可視電話和遠(yuǎn)程戶外圖像采集等領(lǐng)域。 該圖像采集系統(tǒng)在硬件系統(tǒng)上以ARM芯片S3C44BOX為核心，利用CMOS圖像傳感器采集圖像；以FIFO幀存儲(chǔ)器暫存圖像數(shù)據(jù)，解決了ARM芯片與圖像傳感器之間速率的不同步問題；并充分利用了FPGA/CPLD高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)，用CPID器件控制整個(gè)圖像采集的時(shí)序邏輯。在軟件平臺(tái)移植了嵌入式操作系統(tǒng)’uClinux,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了底層的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。體積小巧，具備圖像采集、顯示和遠(yuǎn)程傳輸功能和良好的可擴(kuò)展性。 全文共分為五個(gè)章節(jié)，第一章主要介紹了論文的課題背景和圖像采集技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了論文的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容。第二章從硬件和軟件兩方面闡述了嵌入式圖像采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了硬件開發(fā)平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)和軟件開發(fā)平臺(tái)嵌入式操作系統(tǒng)各自的定義和特點(diǎn)。第三章主要介紹基于ARM的圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，包括各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)方案、系統(tǒng)硬件性能分析和硬件電路的抗干擾設(shè)計(jì)等。第四章研究了基于uClinux平臺(tái)的幾個(gè)主要模塊的軟件設(shè)計(jì)，主要包括圖像傳感芯片的初始化和采集程序的實(shí)現(xiàn)、LCD控制器的初始化和圖像顯示程序的實(shí)現(xiàn)、以太網(wǎng)控制器的初始化和圖像數(shù)據(jù)傳輸程序的實(shí)現(xiàn)。第五章是對(duì)全文的一個(gè)總結(jié)，概括了作者所做的工作，提出所存在的不足并對(duì)后續(xù)的研究工作做了進(jìn)一步的展望。
標(biāo)簽： ARM 圖像采集系統(tǒng)
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數(shù)字圖像的壓縮是解決圖像數(shù)據(jù)量大、存儲(chǔ)和傳輸困難的基本措施。圖像壓縮的方法很多，一般可分為有損壓縮和無損壓縮兩大類。有損壓縮允許一定程度的信息丟失，在滿足實(shí)際應(yīng)用的條件下能夠取得較高的壓縮比；無損壓縮不允許信息丟失，但是壓縮比難以提高。在醫(yī)學(xué)圖像、遙感圖像等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于圖像的壓縮比和失真度都有著較高要求，因此需要采用近無損壓縮的方法。近無損壓縮是有損壓縮和無損壓縮的一個(gè)折衷，允許一定的失真，能夠獲得高保真還原圖像的同時(shí)，得到比無損壓縮更高的壓縮比。 JPEG-LS是連續(xù)色調(diào)靜止圖像無損和近無損壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)，算法復(fù)雜度低，壓縮性能優(yōu)越，但是JPEG-LS對(duì)不同圖像壓縮時(shí)壓縮比不可控制。本文在研究JPEG-LS近無損圖像壓縮算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體應(yīng)用背景，提出了一種基于塊的近無損壓縮方法。進(jìn)一步利用圖像局部紋理特性分析，對(duì)不同特性的區(qū)域容忍不同的信息丟失程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像壓縮的碼率控制。針對(duì)某工程應(yīng)用中的具體要求，我們以FPGA為平臺(tái)，采用Verilog HDL語言對(duì)改進(jìn)算法進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這種基于塊的具有碼率控制的近無損圖像壓縮算法，在實(shí)現(xiàn)較為精確的碼率控制的同時(shí)，能夠獲得較高的還原圖像質(zhì)量，而且硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，能夠滿足對(duì)圖像的實(shí)時(shí)壓縮要求。
標(biāo)簽： 碼率控制 圖像壓縮
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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波前處理機(jī)是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)信號(hào)處理和運(yùn)算的核心，隨著自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)得發(fā)展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機(jī)必須有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在整個(gè)波前處理機(jī)的工作流程中，對(duì)CCD傳來的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實(shí)時(shí)性，那么后續(xù)的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺(tái)，對(duì)波前處理機(jī)性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內(nèi)外圖像處理技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r，接著介紹了傳統(tǒng)的專用和通用圖像處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了基于DSP和FPGA芯片的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)基于PC機(jī)模式的圖像處理系統(tǒng)，發(fā)揮了DSP和FPGA兩者的優(yōu)勢(shì)，能更好地提高圖像處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能，同時(shí)也最大可能地降低成本。 論文根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的、應(yīng)用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、硬件各功能模塊組成等方面詳細(xì)介紹了DSP+FPGA圖像處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并分析了包括各種參數(shù)指標(biāo)選擇、連接方式在內(nèi)的具體設(shè)計(jì)方法以及應(yīng)該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎(chǔ)上，在制作PCB電路板的過程中，針對(duì)高速電路設(shè)計(jì)中易出現(xiàn)的問題，詳細(xì)分析了高速PCB設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性問題，包括反射、串?dāng)_等，說明了高速PCB的信號(hào)完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進(jìn)行了一定的理論和技術(shù)探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設(shè)計(jì)，包括了圖像采集模塊的工作原理、設(shè)計(jì)方案和SDRAM控制器的設(shè)計(jì)，介紹了SDRAM的基本操作和工作時(shí)序，重點(diǎn)闡述系統(tǒng)中可編程器件內(nèi)部模塊化SDRAM控制器的設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果。 論文最后描述了硬件系統(tǒng)的測(cè)試及調(diào)試流程，并給出了部分的調(diào)試結(jié)果。 該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有：實(shí)時(shí)性、高速性。硬件設(shè)計(jì)的執(zhí)行速度，在高速DSP和FPGA中實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法程序，保證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)；性價(jià)比高。自行研究設(shè)計(jì)的電路及硬件系統(tǒng)比較好的解決了高速實(shí)時(shí)圖像處理的需求。
標(biāo)簽： DSPFPGA 圖像處理 電路板 硬件設(shè)計(jì)
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本文對(duì)基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據(jù)其編碼方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的編解碼器。從算法性能和硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度兩個(gè)方面，將該算法與具有類似算法結(jié)構(gòu)的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實(shí)現(xiàn)CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優(yōu)化算法復(fù)雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內(nèi)存模塊增加數(shù)據(jù)讀寫速度，利用DSP塊處理核心運(yùn)算單元，從而很大程度上提高了模塊的運(yùn)行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊級(jí)流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模塊級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的功能仿真、時(shí)序仿真和驗(yàn)證。在硬件系統(tǒng)測(cè)試階段，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)FPGA與PC機(jī)的串口通信模塊，提高了系統(tǒng)驗(yàn)證的工作效率。
標(biāo)簽： AES 圖像壓縮 加密算法
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