隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發展，人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統中，要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統。該系統實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統設計的核心部分在于系統的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統在圖像變化處理時所需參數進行傳遞，并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統性能的同時也便于系統擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發展，其應用范圍主要包括數字廣播、消費類電子、視頻監控、醫學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數據量很大時，處理速度慢，執行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數據流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數據的開始和結束信號三種控制信號，并根據控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現圖像數據的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數據的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數據采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創新點是采用新的開發環境System Generator for DSP實現視頻圖像算法。這種開發視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發展的必然趨勢。
上傳時間： 2013-05-20
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基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題，如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發技術，實現智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發流程，指出實現結構優化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數運算結果的位擴展處理，進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求，論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩定控制要求，為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-06-13
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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
上傳用戶：zukfu
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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本論文依據IEEE802.16a物理層對RS-CC碼的參數要求，研究了RS-CC碼的高速編、譯碼的VLSI硬件算法，同時對FPGA開發技術進行了研究，以VerilogHDL為描述語言，在Xilinx公司的FPGA上實現了高速的RS-CC編、譯碼器。RS譯碼器中，錯誤位置多項式和錯誤值多項式的求解采用無求逆單元，并具有規則數據流、易于VLSI實現的改進的歐幾里德算法(MEA)；CC譯碼器由采用模歸一化路徑度量的全并行的“加比選(ACS)”模塊和具有脈動陣列結構的幸存路徑回溯模塊組成。 在實現RS-CC譯碼器的過程中，分別從算法上和根據FPGA的結構特點上，對譯碼器做了一些優化工作，降低了硬件資源占有率和提高了譯碼速度。 此外，還搭建了以Xilinx公司40萬等效門的FPGASpartan-Ⅲ400-4PQ208為主體，以Cypress公司的USB2.0芯片CY7C68013為高速數據接口的硬件試驗平臺，并在此試驗平臺上實現了文中的高速RS-CC編譯碼系統。
上傳時間： 2013-06-03
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磁共振成像（MRI）由于自身獨特的成像特點，使得其處理方法不同于一般圖像.根據不同的應用目的，該文分別提出了MRI圖像去噪和分割兩個算法.首先，該文針對MRI重建后圖像噪聲分布的實際特點，提出了基于小波變換的MRI圖像去噪算法.該算法詳細闡明了MRI圖像Rician噪聲的特點，首先對與噪聲和邊緣相關的小波系數進行建模，然后利用最大似然估計來進行參數估計，同時利用連續尺度間的尺度相關性特點來進行函數升級，以便獲得最佳萎縮函數，進一步提高圖像的質量，最終取得了一定的效果.與此同時，該文對MRI圖像的進一步的分析與應用展開了一定研究，提出了一種改進的快速模糊C均值聚類魯棒分割算法.該算法先用K均值聚類方法得到初始聚類中心點，同時考慮鄰域對分割結果的影響，對目標函數加以改進，用來克服噪聲和非均勻場對MRI圖像分割的影響，達到魯棒分割的目的，為進一步圖像處理和分析打下基礎.通過實驗，我們發現，無論是針對模擬圖像還是實際圖像，該文所提出的兩個算法都取得了較好的效果，達到了預期的目的.
上傳時間： 2013-04-24
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遙感圖像是深空探測和近地觀測所得數據的重要載體，在軍事和社會經濟生活領域發揮著重要作用。由于遙感圖像數據量巨大，它的存儲和傳輸已成為遙感信息應用中的關鍵問題。圖像壓縮編碼技術能降低圖像冗余度，從而減小圖像的存儲容量和傳輸帶寬，它的研究對于遙感圖像應用具有重要的現實意義。CCSDS圖像壓縮算法是空間數據系統咨詢委員會(CCSDS)提出的圖像數據壓縮算法。該算法復雜度較低，并行性好，適合于硬件實現，能實現對空間數據的實時處理，從而廣泛應用于深空探測和近地觀測。對于直接關系到軍事戰略、經濟建設等方面的遙感圖像的傳輸，必須對它進行加密處理。AES加密算法是由美國國家標準和技術研究所(NIST)于2000年發布的數據加密標準，它不但能抵抗各種攻擊，保證加密數據的安全性，而且易于軟件和硬件實現。本論文對CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法進行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS圖像壓縮算法的原理和結構，用C語言實現了算法的編解碼器，并與SPIHT算法和JPEG2000算法的性能進行了比較。 (2)研究了AES加密算法的原理和結構，用C語言實現了算法的加解密器。 (3)介紹了實現CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法的FPGA設計所選擇的軟件開發工具、開發語言和硬件開發平臺。 (4)給出了CCSDS編碼器的FPGA實現方法和實現性能。 (5)給出了AES加密器的FPGA實現方法和實現性能。 本文設計的CCSDS圖像壓縮和AES加密FPGA系統運用了流水線設計、高速內存設計、模塊并行化設計和模塊串行化設計等技術，在系統速度和資源面積上取得了較好的平衡，達到了預期的設計目的。
上傳時間： 2013-07-15
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本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規模的可編程邏輯器件實現CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）數字圖像的實時采集及預處理。基于對實時圖像處理系統的研究與設計，本文主要研究工作及成果如下： 1.本論文詳細的介紹了圖像采集卡的結構和基本工作原理。同時，針對高分辨率的CCD攝像機，探討了有關點目標與CCD像元一一對應的圖像采集及其硬件和軟件設計方法。 2.本文分析了星圖中弱小目標、噪聲以及背景的特點，給出了點目標的場景圖像的數學模型及復雜背景下點目標檢測的預處理方法。針對星圖灰度分布的特點，采用高斯低通濾波算法和高通濾波算法對星圖進行預處理，同時還對圖像掃描聚類算法進行了研究與分析。 3.數字信號處理器常常因為在復雜性、運算速度等方面的限制，難以實時的實現復雜的檢測算法。本文采用FPGA技術，實現了復雜背景下弱點目標的預處理算法，解決了計算、數據緩沖和存儲操作協調一致的問題，同時采用并行高密度加法器和流水線的工作方式，使整個系統的數據交換和處理速度得以很大的提高，合理的解決了資源和速度之間的相互制約問題，并在實際中取得滿意的結果。
上傳時間： 2013-07-03
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