隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實時圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點。 本文以FPGA為平臺，使用VHDL硬件描述語言設(shè)計并實現(xiàn)了中值濾波、順序濾波、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、卷積運算和高斯濾波等圖像處理算法。在設(shè)計過程中，通過改進算法和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內(nèi)在的并行性，采用流水線結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設(shè)計中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節(jié)省了硬件資源，處理速度也很快。在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)算法的硬件實現(xiàn)中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應(yīng)了流水線設(shè)計的要求，提高了圖像處理速度。 整個設(shè)計及各個模塊都在Altera公司的開發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結(jié)果表明，使用FPGA硬件處理圖像數(shù)據(jù)不僅能夠獲得很好的處理效果，達到較高的工作頻率，處理速度也遠遠高于軟件法處理圖像，可滿足實時圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設(shè)計做了有益的探索性嘗試，對今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實時圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-08
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隨著數(shù)字視頻廣播的發(fā)展，觀眾將會面對越來越多綜合或?qū)ｉT頻道的選擇，欣賞到更高品質(zhì)，更多服務(wù)的節(jié)目。而廣播業(yè)者則要為這些節(jié)目的版權(quán)購買，制作而承受更高的成本，單純的廣告收入已經(jīng)不夠。要求對用戶收取一定的收視費用，而另一方面，調(diào)查也顯示用戶是愿意預(yù)付一定費用以獲得更好服務(wù)的。條件接受系統(tǒng)(Conditional Access system)就是為了商業(yè)目的而對某些廣播服務(wù)實施接入控制，決定一個數(shù)字接受設(shè)備能否將特定的廣播節(jié)目展現(xiàn)給最終用戶的系統(tǒng)。CA技術(shù)要求既能使用戶自由選擇收看節(jié)目又能保護廣播業(yè)者的利益，確算只有已支付了或即將支付費用的用戶才能收看到所選的電視節(jié)目。在數(shù)字電視領(lǐng)域中，CA系統(tǒng)無疑將成為發(fā)展新服務(wù)的必需條件。但是在不同的運營商可能會使用不同的CA系統(tǒng)，在不同的CA系統(tǒng)之間進行互操作所必需共同遵守的最基本條件是：通用的加擾算法。每個用戶接收設(shè)備中應(yīng)集成相應(yīng)的解擾模塊。在我國國家標準--數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)GY/Z 175-2001的附錄H中有詳細的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點?？梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 首先本文簡要介紹CA系統(tǒng)的目的和組成，F(xiàn)PGA的結(jié)構(gòu)和原理，優(yōu)勢。然后介紹了利用FPGA來實現(xiàn)CA系統(tǒng)主要組成部分即加擾的原理和步驟，分析算法，劃分邏輯結(jié)構(gòu)，軟件仿真，劃分硬件模塊，硬件性能分析，驗證平臺構(gòu)建，硬件實現(xiàn)等。 然后對以上各個部分做詳細的闡述。同時為了指導(dǎo)FPGA設(shè)計，給出了FPGA的結(jié)構(gòu)和原理與FPGA設(shè)計的基本原則、設(shè)計的基本技巧、設(shè)計的基本流程； 最后給出了該加擾系統(tǒng)的測試與驗證方法以及驗證和測試結(jié)果。
上傳時間： 2013-06-22
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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，利用硬件實現(xiàn)視頻圖像無級縮放已成為圖像處理研究的一個重要課題。 圖像縮放通常由插值算法實現(xiàn)。傳統(tǒng)的插值算法由于實現(xiàn)原理的局限性，在縮放時容易引起邊緣鋸齒或細節(jié)模糊現(xiàn)象。針對傳統(tǒng)插值算法的這個不足，出現(xiàn)了許多基于邊緣改進的算法。但這些算法一般只能完成2k倍數(shù)插值，無法真正做到基于邊緣的無級縮放。 為了實現(xiàn)基于邊緣改進的無級縮放，本文做了如下五個方面的研究工作： 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)和多邊緣檢測插值，分析了這些圖像縮放技術(shù)的優(yōu)缺點。 2.重點研究了新興的方向多項式插值算法，該算法能夠真正完成基于邊緣改進的無級縮放。 3.提出改進的方向多項式插值算法(IOPI算法)，該算法針對硬件實現(xiàn)，做了兩個方面改進：提出EDV算法，簡化邊緣方向的確定；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、直方圖計算，大大簡化了硬件實現(xiàn)，降低了硬件實現(xiàn)成本。A-Cubic6算法利用查找表簡化了Cubic6點插值算法的實現(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)量的評價方法。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)合實時視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實現(xiàn)。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實現(xiàn)，可以在硬件平臺上穩(wěn)定工作。
上傳時間： 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：首先，濾波窗口中過多的噪聲點會使窗口中的點在排序時產(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。對此，本文提出
上傳時間： 2013-06-26
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可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)越來越多的應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的ASIC(專用集成電路)和DSP(數(shù)字信號處理器)相比，基于FPGA和CPLD實現(xiàn)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)具有更高的實時性和可嵌入性，能夠方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的集成與功能擴展。 FFT的硬件結(jié)構(gòu)主要包括蝶形處理器、存儲單元、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的運算速度。同時，流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項，這樣在設(shè)計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器，降低了硬件電路的復(fù)雜度。 為了進一步提高FFT的運算速度，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)計了一個并行乘法器。在實現(xiàn)該乘法器時，本文采用改進的布斯算法，用以減少部分積的個數(shù)。同時，使用華萊士樹結(jié)構(gòu)和4-2壓縮器對部分積并行相加。 本文以32點復(fù)數(shù)FFT為例進行設(shè)計與邏輯綜合。通過設(shè)計相應(yīng)的存儲單元，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，本文還對設(shè)計結(jié)果提出了進一步的改進方案，在乘法器內(nèi)加入一級流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當前速度的兩倍，這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。
上傳時間： 2013-07-18
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本文主要對基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實現(xiàn)及優(yōu)化設(shè)計進行了研究。由于點乘運算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對點乘運算的FPGA設(shè)計進行了重點優(yōu)化。首先比較分析了三種點乘算法，從運算復(fù)雜度的角度確定了蒙哥馬里算法是最利于FPGA芯片實現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語言實現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過三種模乘算法在FPGA上的實現(xiàn)，設(shè)計出一種串并混合的乘法器，達到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對本課題設(shè)計的硬件系統(tǒng)進行了仿真實驗，驗證了所設(shè)計的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進行綜合及布局布線，綜合報告文件證明了本課題所設(shè)計的ECC加密系統(tǒng)達到了優(yōu)化芯片速度和面積的目的。
標簽： FPGA ECC 密碼算法 優(yōu)化設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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作者研究了當前流行的縮放算法，對圖像紋理相關(guān)性大小和邊緣方向的判斷上提出了一種新的方法，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了一套適用于數(shù)字視頻芯片的圖像縮放算法。仿真結(jié)果表明此算法由優(yōu)于目前流行的圖像縮放算法。 介紹了FPGA的開發(fā)工作大致可以分為設(shè)計和驗證兩大部分，在具體開發(fā)流程上可以根據(jù)要求靈活控制?？s放芯片的開發(fā)可以分為：芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計、時鐘系統(tǒng)設(shè)計、存儲器讀寫控制、IP核復(fù)用設(shè)計、計算精度控制等方面的電路設(shè)計。在設(shè)計完成各級子模塊以后拼接各子?？焱瓿烧麄€縮放模塊的設(shè)計。通過測試發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺陷，修改再測試，最終完成整個模塊的設(shè)計?！ ?/p>
上傳時間： 2013-05-31
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本文對G.729語音編碼算法的基本原理和實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)方面進行了深入研究。針對G.729語音編碼算法在實際應(yīng)用中存在的一些問題，在大量分析和實驗的基礎(chǔ)上，提出了新的改進算法。G.729語音編碼算法硬件實現(xiàn)方面，國內(nèi)外現(xiàn)在主要以DSP為實現(xiàn)平臺，這是由于DSP以其卓越的運算能力為數(shù)字語音信號處理領(lǐng)域的研究及開發(fā)提供了有力的工具。但G.729語音編碼算法具有計算復(fù)雜和數(shù)據(jù)存儲量大的固有缺陷，隨著通信量的不斷增加和服務(wù)的擴展，對G.729語音編碼實時性的要求也越來越高。隨著微電子制造工藝的發(fā)展，越來越多的語音編碼平臺采用DSP與FPGA或MCU相互結(jié)合的系統(tǒng)，通過進行軟硬件協(xié)同設(shè)計提高編碼效率。
上傳時間： 2013-06-30
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本文結(jié)合中國科技大學(xué)大規(guī)模集成電路實驗室和中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所合作的星載紅外相機項目，為了解決紅外相機上的不同波段的紅外探測元陣列存在的非均勻性問題，對紅外焦平面探測元陣列存在的非均勻性問題展開了深入的分析和研究。 主要研究和分析了兩類算法的基本原理，重點研究和實現(xiàn)了定標校正算法，通過對積分球定標數(shù)據(jù)進行深入的分析，將探測元分成線性探測元和非線性探測元，對線性探測元采用兩點校正法，對非線性探測元采用多點分段校正算法，在利用FPGA硬件實現(xiàn)非均勻校正時，分析設(shè)計了基于乘法運算和加法運算的FPGA實現(xiàn)，在基于乘加器運算的FPGA實現(xiàn)中。設(shè)計出了乘法和加法整體運算的乘加器，內(nèi)部采用流水線wallace樹壓縮結(jié)構(gòu)，大大加快乘法和加法的速度。
上傳時間： 2013-04-24
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