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數(shù)(shù)值算法

基于FPGA的圖像處理算法研究及硬件設(shè)計.rar

隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個熱門領(lǐng)域。本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構(gòu)為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進行調(diào)試和運行。在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。整個設(shè)計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。

標簽： FPGA 圖像處理算法研究

上傳時間： 2013-07-29

上傳用戶：愛順不順
H.264幀內(nèi)預(yù)測算法優(yōu)化及幾個重要模塊的FPGA實現(xiàn).rar

H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標準僅設(shè)定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測編碼的效率。在該算法下進行幀內(nèi)預(yù)測時，為了得到一個宏塊的預(yù)測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測模式選擇的計算復(fù)雜度，本文改進了幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。為了實現(xiàn)實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實現(xiàn)架構(gòu)，并對影響編碼速度，且具有硬件實現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實時壓縮編碼的功能。本文對H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法的改進，算法實現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設(shè)計有著積極的借鑒性。

標簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測

上傳時間： 2013-06-13

上傳用戶：夜月十二橋
視頻格式轉(zhuǎn)換算法研究及FPGA實現(xiàn)——去隔行、幀頻轉(zhuǎn)換、分辨率變換.rar

在當今的廣播系統(tǒng)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(xiàn)象。這種缺陷經(jīng)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(shù)應(yīng)運而生。同時，視頻信號本身的低幀頻也會導(dǎo)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(qū)域上去從而產(chǎn)生較好的主觀圖象質(zhì)量。而為了適應(yīng)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(shù)和每行像素數(shù)進行變換。因此去隔行、幀頻轉(zhuǎn)換、分辨率變換成為視頻格式轉(zhuǎn)換的基本內(nèi)容。 FPGA 的出現(xiàn)是VLSI技術(shù)和EDA技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。FPGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實現(xiàn)專門應(yīng)用的功能。它允許電路設(shè)計者利用基于計算機的開發(fā)平臺，經(jīng)過設(shè)計輸入、仿真、測試和校驗，直到達到預(yù)期的結(jié)果。使用FPGA器件可以大大縮短系統(tǒng)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(chǎn)品集成芯片級產(chǎn)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(shè)計進行在線修改。該文在介紹了視頻格式轉(zhuǎn)換中的主要算法后，重點對去隔行、幀頻轉(zhuǎn)換、分辨率變換的FPGA綜合實現(xiàn)方案進行了由簡單到復(fù)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?shù)慕鉀Q方案。最簡解決方案利用線性算法將去隔行，幀頻轉(zhuǎn)換，分辨率變換三項處理同時實現(xiàn)，達到FPGA內(nèi)部資源和外部RAM耗用量都為最小的要求，是后續(xù)復(fù)雜方案的基礎(chǔ)。其中去隔行采用場合并方式，幀頻轉(zhuǎn)換采用幀重復(fù)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(qū)域的判斷，靜止區(qū)域的輸出像素值直接選用相應(yīng)位置的已存輸入數(shù)據(jù)，非靜止區(qū)域的輸出像素值通過對已存輸入數(shù)據(jù)進行非線性運算得出。基于運動補償?shù)慕鉀Q方案在對靜止區(qū)域進行判斷和處理的基礎(chǔ)上，對欲生成的變頻后的場間插值幀進行運動估計，根據(jù)運動矢量得出非靜止區(qū)域的輸出像素值。其中為求得輸入場間相應(yīng)時間位置上的插值幀輸出數(shù)據(jù)，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(xiàn)，將SAD 值進行比較得出運動矢量。

標簽： FPGA 視頻格式轉(zhuǎn)換算法研究

上傳時間： 2013-07-19

上傳用戶：米卡
基于FPGA的圖像處理算法的研究與硬件設(shè)計.rar

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。

標簽： FPGA 圖像處理法的研究

上傳時間： 2013-06-08

上傳用戶：shuiyuehen1987
IEEE 802.16a RS-CC編譯碼VLSI算法研究及FPGA實現(xiàn)

　　本論文依據(jù)IEEE802.16a物理層對RS-CC碼的參數(shù)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(fā)技術(shù)進行了研究，以VerilogHDL為描述語言，在Xilinx公司的FPGA上實現(xiàn)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(guī)則數(shù)據(jù)流、易于VLSI實現(xiàn)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(jié)構(gòu)的幸存路徑回溯模塊組成。　　在實現(xiàn)RS-CC譯碼器的過程中，分別從算法上和根據(jù)FPGA的結(jié)構(gòu)特點上，對譯碼器做了一些優(yōu)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(shù)據(jù)接口的硬件試驗平臺，并在此試驗平臺上實現(xiàn)了文中的高速RS-CC編譯碼系統(tǒng)。

標簽： 802.16 RS-CC IEEE FPGA

上傳時間： 2013-06-03

上傳用戶：lx9076
基于FPGA和DSP的紅外圖像預(yù)處理算法研究

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都針對數(shù)字信號處理的特點做了特定設(shè)計，集成了存儲器、鎖相環(huán)（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個公司提供的FPGA開發(fā)軟件使用硬件描述語言，可以實現(xiàn)特定的信號處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設(shè)計工程師提供了新的選擇。實時圖像處理系統(tǒng)采用FPGA+DSP的結(jié)構(gòu)來完成整個復(fù)雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進行分類，F(xiàn)PGA和DSP份協(xié)作發(fā)揮各自的長處，對于算法實現(xiàn)簡單、運算量大、實時性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實現(xiàn)，DSP則用來處理經(jīng)過預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)，來運行算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，乘加運算多的算法。整個系統(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)計了數(shù)字圖像處理板的電路原理圖和PCB設(shè)計圖。并對電路板進行調(diào)試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設(shè)計，并調(diào)試成功，應(yīng)用到FPGA的調(diào)試下載配置中，取得了良好的實驗與經(jīng)濟效果。（3）充分利用FPGA的設(shè)計開發(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實現(xiàn)，并給出了詳細的實現(xiàn)過程。將算法下載到FPGA芯片，經(jīng)過試驗調(diào)試，達到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實現(xiàn)方式，選用PCI9054芯片實現(xiàn)通訊，完成PCI接口電路設(shè)計，經(jīng)過調(diào)試，實現(xiàn)了中斷、DMA等方式，滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆＃?）學(xué)習了C6701DSP芯片的工作特性以及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，完成了DSP外圍存儲器的擴展、時鐘信號發(fā)生以及電源模塊等外圍電路的設(shè)計。

標簽： FPGA DSP 紅外圖像預(yù)處理

上傳時間： 2013-07-16

上傳用戶：xiaowei314
H.264解碼算法優(yōu)化及在ARM上的移植

在信息化發(fā)展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領(lǐng)域，起著越來越重要的作用。數(shù)字視頻的海量性成為阻礙其應(yīng)用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關(guān)注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數(shù)進行可變長編碼（VLC）消除統(tǒng)計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網(wǎng)絡(luò)即將商用的推動，H．264以其優(yōu)秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設(shè)備都具有廣闊的應(yīng)用前景。但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復(fù)雜度的成倍增加，實際應(yīng)用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現(xiàn)的對應(yīng)算法代碼多基于PC通用處理器實現(xiàn)，而嵌入式設(shè)備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應(yīng)算法進行優(yōu)化移植，才能滿足實際應(yīng)用的需求。本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應(yīng)優(yōu)化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結(jié)果。本文主要完成的工作如下：詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應(yīng)的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現(xiàn)，PC測試實驗證明了算法改進的優(yōu)越性和運算優(yōu)化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結(jié)構(gòu)和對應(yīng)代碼進行優(yōu)化之后，將其移植到WINCE系統(tǒng)之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結(jié)果與性能做出了評價。

標簽： 264 ARM 解碼算法優(yōu)化

上傳時間： 2013-06-04

上傳用戶：shijiang
基于ARMLinux的電力諧波檢測算法實現(xiàn)

諧波帶來的影響已經(jīng)嚴重危及到電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。解決諧波污染的關(guān)鍵在于精確實時地確定諧波的成分、幅值和相位等因素。而今普通工業(yè)控制計算機已越來越不能滿足系統(tǒng)運行的高效性、高實時性、高穩(wěn)定運行性和高可靠性等要求，給諧波的測量帶來誤差，因而開發(fā)新一代基于ARM平臺和嵌入式Linux系統(tǒng)的電力諧波檢測裝置來滿足這些要求顯得很重要。同時，友好的圖形界面也已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的一個熱點問題。電力諧波檢測裝置的圖形用戶系統(tǒng)更是存在著進程獨立、網(wǎng)絡(luò)通信能力、跨平臺等特殊需求。在眾多的圖形用戶界面軟件中，因QT/Embedded具有跨平臺、面向?qū)ο蟆⒛茉O(shè)計精美的人機界面等優(yōu)點，系統(tǒng)便選取QT/Embedded作為支撐平臺，并解決了QT/Embedded跨平臺移植和中文化等問題。因頻譜泄露和柵欄效應(yīng)以及系統(tǒng)基本頻率的波動，普通的FFT算法不能準確測量諧波和間諧波成份。為了提高測量精度，本文先用頻域插值法確定系統(tǒng)的基本頻率，以及插值多項式方法重構(gòu)時域采樣信號，接下來用FFT計算整數(shù)次諧波成份，以及頻域插值方法計算間諧波成份。系統(tǒng)選用長沙科瑞捷機電有限公司提供的基于ARM處理器的SAM7430模塊，在此基礎(chǔ)上開發(fā)諧波檢測軟件，包括數(shù)據(jù)采集、FFT分析以及界面顯示程序。經(jīng)初步調(diào)試系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，具有一定的實用參考價值。

標簽： ARMLinux 電力諧波檢測算法

上傳時間： 2013-08-02

上傳用戶：lijinchuan
空間矢量PWM算法的理解.pdf

三相spwm信號是由高頻載波和三相調(diào) 制波比較而得的，三相svpwm信號也可理解為由高頻載波和三相調(diào)制波比較而得，區(qū)別是前者的三相調(diào)制波是三相對稱的正弦波，后者的三相調(diào)制波是三相對稱的馬鞍形波，馬鞍形波由正弦波和一定幅值的三次諧波復(fù)合而成。但令人回味的是，svpwm的最初出現(xiàn)和發(fā)展卻和以上思路大相徑庭，其完全從空間矢量的角度出發(fā)，后來人們才發(fā)現(xiàn)svpwm和spwm的以上淵源[1]。至今svpwm已在三相或多相逆變器中得以廣泛應(yīng)用，其原因有兩個，一是采用svpwm的逆變器輸出相電壓中的基波含量高于采用spwm的逆變器[2][3]，二是dsp的快速運算能力可以實時計算開關(guān)時間。但在實際應(yīng)用svpwm時，往往對以下問題感到疑惑：svpwm算法的推導(dǎo)、開關(guān)向量的選擇、dsp的實現(xiàn)、逆變器輸出相電壓有效值的大小。本文的內(nèi)容將有助這些疑惑的解決，更靈活地應(yīng)用svpwm算法。

標簽： PWM 空間矢量算法

上傳時間： 2013-06-05

上傳用戶：851197153
H.264幀內(nèi)預(yù)測算法優(yōu)化及幾個重要模塊的FPGA實現(xiàn)

H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標準僅設(shè)定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測編碼的效率。在該算法下進行幀內(nèi)預(yù)測時，為了得到一個宏塊的預(yù)測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測模式選擇的計算復(fù)雜度，本文改進了幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。為了實現(xiàn)實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實現(xiàn)架構(gòu)，并對影響編碼速度，且具有硬件實現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實時壓縮編碼的功能。本文對H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法的改進，算法實現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設(shè)計有著積極的借鑒性。

標簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測算法優(yōu)化

上傳時間： 2013-05-25

上傳用戶：refent