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基于H.264的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的FPGA實現(xiàn)研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與公共安全保障需求的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、警備與軍事方面的應(yīng)用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術(shù)、H．264壓縮編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸控制技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在穩(wěn)定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優(yōu)勢，具有重要的學(xué)術(shù)意義與實用意義，本課題所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務(wù)器、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務(wù)器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)。PC機客戶端可通過網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器進行遠程訪問，接收編碼數(shù)據(jù)，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監(jiān)控人員有效地掌握現(xiàn)場情況，在嵌入式圖像服務(wù)器設(shè)計階段，本文首先進行了芯片選型與開發(fā)平臺選擇。然后構(gòu)建圖像采集子系統(tǒng)，采用雙緩存乒乓交換的方法設(shè)計圖像采集用戶自定義模塊。接著設(shè)計雙Nios Ⅱ架構(gòu)的SOPC系統(tǒng)，闡述了雙軟核設(shè)計中定制連接、內(nèi)存芯片共享、數(shù)據(jù)搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務(wù)的管理與調(diào)度， H．264視頻壓縮編解碼算法設(shè)計與實現(xiàn)是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規(guī)劃編解碼器結(jié)構(gòu)。接著設(shè)計了16×16幀內(nèi)預(yù)測算法，并設(shè)計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預(yù)測模式選擇。然后設(shè)計4×4子塊掃描方式，編寫整數(shù)變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結(jié)合的方案，針對除拖尾系數(shù)之外的非零系數(shù)值編碼子算法，實現(xiàn)了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a流組成格式，并針對編碼算法設(shè)計相應(yīng)解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數(shù)下壓縮率與失真度的變化。算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設(shè)計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務(wù)器與若干客戶端接入網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)合調(diào)試，構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)視頻壓縮率高，監(jiān)控圖像質(zhì)量良好，充分證明了系統(tǒng)軟硬件與圖像編解碼算法設(shè)計成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優(yōu)點，發(fā)展前景十分廣闊。

標簽： FPGA 264 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控實現(xiàn)研究

上傳時間： 2013-08-03

上傳用戶：88mao
JPEG2000標準中算術(shù)編碼的FPGA設(shè)計與碼率控制算法的研究

JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準，其優(yōu)良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。JPEG2000算法非常復(fù)雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內(nèi)存開銷，因而通過對JPEG2000算法進行優(yōu)化并采用硬件電路來實現(xiàn)JPEG2000標準的部分或全部內(nèi)容，對加快編碼速度從而擴展其應(yīng)用領(lǐng)域有重要的意義。本文的研究主要包括兩方面的內(nèi)容，其一是JPEG2000算術(shù)編碼器算法的研究與硬件設(shè)計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優(yōu)化算法的設(shè)計。在研究算術(shù)編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術(shù)編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態(tài)機和二級流水線技術(shù)，并在不影響關(guān)鍵路徑的情況下通過對算術(shù)編碼步驟優(yōu)化采用硬件描述語言對算術(shù)編碼器進行了設(shè)計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設(shè)計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設(shè)計的復(fù)雜度低且易于控制。在研究碼率控制算法過程中，首先結(jié)合率失真理論建立了算法的數(shù)學(xué)模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數(shù)學(xué)模型的實現(xiàn)流程，找出影響算法效率的關(guān)鍵路徑。在對算法優(yōu)化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優(yōu)化算法在增加少量系統(tǒng)資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現(xiàn)，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產(chǎn)生更少的失真。

標簽： JPEG 2000 FPGA 標準

上傳時間： 2013-07-13

上傳用戶：long14578
JPEG2000基于位平面掃描的上下文編碼的研究和FPGA實現(xiàn)

JPEG2000是新一代的靜態(tài)圖像壓縮標準，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進傳輸和感興趣區(qū)域編碼等，因而它具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在數(shù)碼相機、PDA等便攜式設(shè)備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優(yōu)化截斷點的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計算復(fù)雜度遠遠高于JPEG，完全采用軟件方案實現(xiàn)將會占用大量的處理器時間和內(nèi)存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產(chǎn)品、消費類電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現(xiàn)的算法實時處理方案具有重要的應(yīng)用價值。 EBCOT算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關(guān)鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，但邏輯控制流程復(fù)雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現(xiàn)該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現(xiàn)該算法并進行優(yōu)化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了列判斷和交錯存儲相結(jié)合的硬件實現(xiàn)方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應(yīng)的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內(nèi)完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現(xiàn)方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進傳輸?shù)哪芰Γa流組織是獲得漸進傳輸特性的技術(shù)關(guān)鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數(shù)據(jù)包的先后順序來實現(xiàn)漸進傳輸?shù)哪康摹１疚膶PEG2000中實現(xiàn)漸進傳輸?shù)臋C制進行了分析，并研究了碼流組織的算法實現(xiàn)。為了對JPEG2000算法實現(xiàn)進行驗證，本文設(shè)計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術(shù)編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數(shù)據(jù)打包以及和PC機的通信。本文在該平臺上對所設(shè)計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設(shè)計進行了驗證，實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。

標簽： JPEG 2000 FPGA 編碼

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：獨孤求源
8位電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計研究

8位電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計研究 8位電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計研究

標簽： 8位電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器

上傳時間： 2013-06-21

上傳用戶：kaixinxin196
基于DSPs和FPGA的通信信號調(diào)制識別方法研究

基于小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,對非穩(wěn)定、大信噪比(SNR)變化的通信信號進行有效的特征提取和分類,實現(xiàn)了通信信號調(diào)制方式的分類識別.首先,采用基于多分辨分析框架的Mallat快速算法提取離散細節(jié)作為特征采,實驗得出db3小波非常適合作為特征提取小波,用小波變換大大壓縮了通信信號特征矢量,提取的信號特征矢量64點;然后依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,分別采用BP網(wǎng)絡(luò)作為分類器對通信信號調(diào)制識別分類.從計算機模擬實驗結(jié)果可知,該方法能很好地完成通信信號調(diào)制識別分類任務(wù),使識別正確率得到了明顯改善,同時降低了識別分類過程的復(fù)雜度,并且為通信信號調(diào)制識別的DSP實現(xiàn)提供了快速計算的理論基礎(chǔ).其次,介紹了TMS320LF2407 DSP和FPGA的結(jié)構(gòu)原理,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了數(shù)字信號處理板和制作調(diào)試電路板.最后,用匯編和C語言編制A/D程序、串口通信程序和應(yīng)用程序,并在信號處理板上調(diào)試和運行.

標簽： DSPs FPGA 通信信號調(diào)制識別

上傳時間： 2013-07-23

上傳用戶：731140412
基于FPGA的PWM控制多重逆變器的設(shè)計與實現(xiàn)

逆變器在自動控制系統(tǒng)、電機交流調(diào)速、電力變換以及電力系統(tǒng)控制中都起著重要的作用；各系統(tǒng)對逆變器的性能需求也越來越高。PWM控制多重逆變器正是基于這些需求，實現(xiàn)可變頻、調(diào)壓、調(diào)相、低諧波、高穩(wěn)定性的解決方案。 PWM控制逆變器通過對每個脈沖寬度進行控制，以達到控制輸出電壓和改善輸出波形的目的；多重逆變器則是把幾個矩形波逆變器的輸出組合起來起來形成階梯波，從而消除諧波；PWM控制多重逆變器綜合上述兩種技術(shù)的特點，非常適合于應(yīng)用在對諧波、電壓輸出及穩(wěn)定性要求比較高的場合。電力半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，使得多重逆變器的控制、實現(xiàn)成為可能。本文首先分析風力發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求，從多重逆變器理論和PWM逆變器理論出發(fā)，提出同步式PWM控制電壓型串聯(lián)多重逆變器系統(tǒng)解決方案。本方案也可以應(yīng)用在逆變電源、交流電機調(diào)速及電力變換領(lǐng)域中。文中建立了一個多重逆變器的PWM控制算法模型。該算法可完成頻率、相位、幅值可調(diào)的多重逆變器的PWM控制，且能完成逆變器故障運行下的保護與告警。并在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下對算法模型進行仿真與分析。在比較了現(xiàn)有PWM發(fā)生解決方案的基礎(chǔ)上，本文提出了一個基于FPGA(可編程邏輯陣列)的多重逆變器PWM控制系統(tǒng)實現(xiàn)方案。并給出一個主要由FPGA、ADC/DAC、驅(qū)動與保護電路、逆變器主回路及其他外圍電路構(gòu)成的多重逆變器系統(tǒng)解決方案。實驗結(jié)果表明，此方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可行，很好完成上述多重逆變器的PWM控制算法。

標簽： FPGA PWM 控制多重

上傳時間： 2013-06-28

上傳用戶：wmwai1314
編碼器資料（全）

較詳細的增量式和絕對式編碼器資料。開發(fā)前期很有用。

標簽： 編碼器

上傳時間： 2013-06-13

上傳用戶：dang2959809956
3KW光伏并網(wǎng)逆變器的軟件畢業(yè)設(shè)計設(shè)計論文

不錯的畢業(yè)論文很詳細的介紹了光伏逆變器設(shè)計方法

標簽： 3KW 光伏并網(wǎng) 逆變器軟件

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：nanshan
基于FPGA的視頻編碼器設(shè)計

ISO和ITU-T制定的一系列視頻編碼國際標準的推出，開創(chuàng)了視頻通信和存儲應(yīng)用的新紀元。從H.261視頻編碼建議，到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一個共同的不斷追求的目標，即在盡可能低的碼率(或存儲容量)下獲得盡可能好的圖像質(zhì)量。本課題的研究建立在目前主流的壓縮算法的基礎(chǔ)上，綜合出各種標準中實現(xiàn)途徑的共性和優(yōu)勢，將算法的主體移植于FPGA(FieldProgrammableGateArray)平臺上。憑借該種類嵌入式系統(tǒng)配置靈活、資源豐富的特點，建立一個可重構(gòu)的內(nèi)核處理模塊。進一步的完善算法(運算速度、精度)和外圍系統(tǒng)后，就可作為專用視頻壓縮編碼器進行門級電路設(shè)計的原型，構(gòu)建一個片上可編程的獨立系統(tǒng)。編碼器設(shè)計有良好的應(yīng)用前景，通過使用離散余弦變換和熵編碼，對運動圖像從空間上進行壓縮編碼，使得編碼后的數(shù)據(jù)流適合于傳輸、通信、存儲和編輯等方面的要求。同時，系統(tǒng)的設(shè)計將解碼的工作量大幅度降低，功能模塊在作適當?shù)母膭雍罂蔀榻獯a器的參考設(shè)計使用。研究所涉及的各功能模塊都進行了系統(tǒng)性的仿真和綜合，滿足工程樣機的前期研發(fā)需要。

標簽： FPGA 視頻編碼器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：xiangwuy
基于FPGA的無線接收機下變頻器的設(shè)計與實現(xiàn)

隨著無線通信的應(yīng)用日益廣泛，無線通信系統(tǒng)的種類也越來越繁雜，但是由于不同通信系統(tǒng)的工作頻段、調(diào)制方式、通信協(xié)議等原理結(jié)構(gòu)上存在差異而極大限制了不同系統(tǒng)之間的互通。軟件無線電擺脫了硬件體系結(jié)構(gòu)的束縛，成為解決不同通信體制之間互操作問題和開展多種通信業(yè)務(wù)的最佳途徑，具有巨大的商業(yè)和軍事價值，被喻為無線電通信領(lǐng)域一次新的技術(shù)革命。本文首先回顧了軟件無線電的提出和發(fā)展現(xiàn)狀，然后論述了軟件無線電的基本理論和數(shù)學(xué)模型。在此理論和模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了軟件無線電接收機的硬件平臺。該平臺包括射頻部分、中頻處理部分和基帶處理部分。射頻部分由天線和無線接收機組成；中頻部分先將接收機輸出的模擬信號數(shù)字化，然后再通過FPGA實現(xiàn)下變頻；基帶部分主要由DSP和嵌入式系統(tǒng)組成，完成解調(diào)、同步等處理并可以進行一些其他的應(yīng)用。其中的嵌入式系統(tǒng)的主處理器是基于ARM7-TDMI內(nèi)核的LPC2200芯片，為了實現(xiàn)開發(fā)的方便在此芯片上移植了uC/OS-Ⅱ嵌入式時實內(nèi)核。軟件無線電接收機是一個很龐大的體系，其中的數(shù)字下變頻器DDC是一個非常關(guān)鍵的組成部分，在這部分中可方便的對接收頻段、濾波器特性等進行編程控制，極大的提高了通信設(shè)備的性能和靈活性，因此本文的重點在于數(shù)字下變頻器的設(shè)計與實現(xiàn)。實現(xiàn)下變頻的方法有很多種，由于FPGA在速度和靈活性上的優(yōu)勢，其應(yīng)用也越來越廣泛，因此主要采用了居于領(lǐng)導(dǎo)地位的XILINX公司的SPATAN-Ⅱ芯片來實現(xiàn)數(shù)字下變頻的功能。

標簽： FPGA 無線接收機下變頻

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：mfhe2005