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H.264解碼算法優化及在ARM上的移植

在信息化發展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領域，起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。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，對量化后的系數進行可變長編碼（VLC）消除統計冗余，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網絡即將商用的推動，H．264以其優秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加，實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現，而嵌入式設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算法進行優化移植，才能滿足實際應用的需求。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優化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結果。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，提出了對應的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現，PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結構和對應代碼進行優化之后，將其移植到WINCE系統之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結果與性能做出了評價。

標簽： 264 ARM 解碼算法優化

上傳時間： 2013-06-04

上傳用戶：shijiang
基于ARM的T波交替檢測技術

心血管系統疾病是現今世界上發病率和死亡率最高的疾病之一。T波交替(T-wavealtemans,TWA)作為一種非穩態的心電變異性現象，是指心電T波段振幅、形態甚至極性逐拍交替變化。大量研究表明，TWA與室性心律失常、心臟性猝死等有直接密切的關系，已成為一種無創獨立性預測指標。隨著數字信號處理技術和計算機技術的迅速發展，微伏級的TWA已經可以被檢出，并且精度越來越高。本文以T波交替檢測為中心，基于ARM給出了T波交替檢測技術原理性樣機的硬件及軟件，實現實時監護的目的。在TWA檢測研究中，需要對心電信號進行預處理，即信號去噪和特征點檢測。小波分析以其多分辨率的特性和表征時頻兩域信號局部特征的能力成為我們選取的心電信號自動分析手段。文中采用小波變換將原始心電信號分解為不同頻段的細節信號，根據三種主要噪聲的不同能量分布，采用自適應閾值和軟硬閾值折衷處理策略用閾值濾波方法對原始信號進行去噪處理：同時基于心電信號的特征點R峰對應于Mexican-hat小波變換的極值點，因此我們使用Mexican-hat小波檢測R峰，通過附加檢測方案確保了位置的準確性，并根據需要提出了T波矩陣提取方法。隨后文章介紹了T波交替的產生機理及研究進展，分別從臨床應用和檢測方法上展現了目前TWA的發展進程，并利用了譜分析法、相關分析法和移動平均修正算法分別從時域和頻域對一些樣本數據進行T波交替檢測。在檢測中譜分析法抗噪能力較強，但作為一種頻域檢測方法，無法檢測非穩態TWA信號，而相關分析法受呼吸、噪聲影響較大，數據要求較高，因此可以在譜分析檢測為陽性TWA基礎上，再對信號進行相關分析，從而克服自身算法缺陷，確定交替幅度和時間段。最后對影響檢測結果的因素進行討論研究，從而降低檢測誤差。文章還設計了T波交替檢測技術原理性樣機的關鍵部分電路和軟件框架。硬件部分圍繞ARM核的Samsung S3C44BOX為核心，設計了該樣機的關鍵電路，包括采集模塊、數據處理模塊(外部存儲電路、通信接口電路等)。其中在采集模塊中針對心電信號是微弱信號并且干擾大的特點，采用了具有高共模抑制比和高輸入阻抗的分級放大電路，有效的提取了信號分量：A/D轉換電路保證了信號量化的高精度。利用USB接口芯片和刪內部異步串行通訊實現系統與外界聯系。系統軟件中首先介紹了系統的軟件開發環境，然后給出了心電信號分析及處理程序設計流程圖及實現，使它們共同完成系統的軟件監護功能。

標簽： ARM 檢測技術

上傳時間： 2013-07-27

上傳用戶：familiarsmile
基于ARM和DSP的紅外熱像下渣檢測系統研究與設計

在鋼鐵制造工業中，高溫熔化狀態鋼水中的鋼渣檢測問題是一直以來未能很好解決的難題，鋼渣是鋼鐵冶煉過程中的副產品，鋼渣本身會直接降低鑄坯質量進而影響生產出的鋼材質量，另外鋼渣也會破壞鋼鐵連鑄生產連續性給鋼廠效益帶來負面效應。因此連鑄過程中鋼渣檢測是一個具有較大生產實際意義的研究課題。本文以鋼包到中間包敞開式澆注過程中，保護澆注后期移除長水口后澆注過程中的鋼水下渣檢測為研究對象。在調研了國內外下渣檢測技術與下渣檢測設備的應用情況后，提出了一套將嵌入式技術與紅外熱像檢測技術相結合的鋼水下渣檢測系統的解決方案，并搭建了系統的原型：硬件系統平臺以紅外熱像探測器為系統的傳感器，以ARM7嵌入式微處理器與DSP數字信號處理器為系統運算處理核心；軟件系統平臺包含基于在ARM7上移植的μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統構建的嵌入式應用程序，以及基于DSP各類支持庫的嵌入式應用程序。該下渣檢測系統設計方案具有非接觸式檢測、低成本、系統自成一體、直觀顯示鋼水注液狀態、量化鋼渣含量等特點，能夠協助現場工作人員檢測和判斷下渣，有效減少連鑄過程中鋼包到中間包的下渣量。本文首先，介紹了課題研究的背景，明確了研究對象，分析了連鑄過程中的鋼水下渣問題，調研了現有的連鑄過程中鋼包到中間包的鋼水下

標簽： ARM DSP 紅外熱像檢測

上傳時間： 2013-05-25

上傳用戶：斷點PPpp
基于LM35溫度傳感器的溫控系統設計

本文介紹了一種應用LM35 溫度傳感器開發的溫控系統，重點闡述了系統結構、工作原理、采樣值量化。同時對LM35 傳感器特性、系統硬件電路設計、軟件設計也作了介紹。該系統體積小、成本低、

標簽： LM 35 溫度傳感器溫控

上傳時間： 2013-07-02

上傳用戶：hxy200501
Turbo碼譯碼算法研究及其FPGA實現

在通信系統中，人們一直致力于信息傳輸的有效性和可靠性的研究，信道糾錯編碼技術一直是人們研究的重點。1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優異的譯碼性能在編碼界引起了轟動，并成為研究糾錯編碼的熱點課題。經過十幾年的研究和發展，目前，Turbo碼已經走向了實用化的道路，如何用硬件實現有效的Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點。論文以基于FPGA實現Turbo碼譯碼器為研究目標，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標準的Turbo碼編碼結構和交織算法。然后重點分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和：Max-Log-MAP譯碼算法，并對三種譯碼算法進行了詳細的理論推導和計算復雜度的定量分析比較，對影響Turbo碼譯碼性能的主要因素進行了MATLB仿真分析。論文在深入分析比較上述三種譯碼算法的基礎之上，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進行了Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現。主要針對FPGA實現的數據量化、定點數據表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關鍵運算單元的FPGA設計和基于3GPP標準的Turbo碼譯碼器的內交織的FPGA設計進行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現，并利用ModelSim和MATLAB分別對譯碼器進行了功能時序驗證和FPGA定點仿真測試。

標簽： Turbo FPGA 譯碼算法研究

上傳時間： 2013-07-09

上傳用戶：caixiaoxu26
H.264幀內預測算法優化及幾個重要模塊的FPGA實現

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，在相同畫質下，平均節約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構，實現靈活性極大，其規定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據需求的不同而不同。 H.264雖然具有優異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優化算法，提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內預測模式選擇算法。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，幀內編碼時間平均節約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。為了實現實時編碼，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。首先研究了H.264編碼器硬件實現架構，并對影響編碼速度，且具有硬件實現優越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現。本文主要研究了H.264編碼器中整數DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數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，驗證了該系統對輸入的殘差數據實時壓縮編碼的功能。本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進，算法實現簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片FPGA上實現H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。

標簽： FPGA 264 幀內預測算法優化

上傳時間： 2013-05-25

上傳用戶：refent
基于H.264的網絡視頻監控的FPGA實現研究

隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義，本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況，在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數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器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統，實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。

標簽： FPGA 264 網絡視頻監控實現研究

上傳時間： 2013-08-03

上傳用戶：88mao
FPGA軟硬件性能基準測試的研究

現場可編程門陣列FPGA具有性能好、規模大、可重復編程、開發投資小等優點，在現代電子產品中應用得越來越廣泛。隨著微電子技術的高速發展，成本的不斷下降，FPGA正逐漸成為各種電子產品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復雜的設置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結構和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產品設計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復雜。基準測試是用一個基準設計集按照統一的測試規范評估和量化目標系統的軟件或硬件性能，是目前計算機領域應用最廣泛、最主要的性能測試技術。通過分析影響FPGA軟硬件性能基準測試的諸多因素，比如基準設計的挑選、基準設計的優化，FPGA軟件的設置和約等，本文基于設計和硬件分類、優化策略分類的基準測試規范，提出了一組詳盡的度量指標。基準測試的規范如下，首先根據測試目的配置測試環境、挑選基準設計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優化基準設計，然后按照速度優先最少優化、速度優先最大優化、資源和功耗優先最少優化、資源和功耗優先最大優化四種優化策略分別編譯基準設計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數據，最后使用速度優先最少優化下的性能集、速度優先最少優化性能集、資源和功耗優先最少優化下的性能集、資源和功耗優先最大優化下的性能集、速度優先最少和最大優化之間性能集的差、速度優先最少優化下性能集的比較等十個度量指標量化性能，生成測試報告。最后，本基準測試規范被應用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領域帶處理器應用方面的性能。

標簽： FPGA 軟硬件性能基準測試

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：zhangyi99104144
（2，1，9）軟判決Viterbi譯碼器的設計與FPGA實現

卷積碼是無線通信系統中廣泛使用的一種信道編碼方式。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的最大似然譯碼算法，它具有譯碼效率高、速度快等特點，被認為是卷積碼的最佳譯碼算法。本文的主要內容是在FPGA上實現約束長度為9，碼率為1/2，采用軟判決方式的Viterbi譯碼器。本文首先介紹了卷積碼的基本概念，闡述了Viterbi算法的原理，重點討論了決定Viterbi算法復雜度和譯碼性能的關鍵因素，在此基礎上設計了采用“串-并”結合運算方式的Viterbi譯碼器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上測試通過。本文的主要工作如下： 1.對輸入數據采用了二比特四電平量化的軟判決方式，對歐氏距離的計算方法進行了簡化，以便于用硬件電路方式實現。 2.對ACS運算單元采用了“串-并”結合的運算方式，和全并行的設計相比，在滿足譯碼速度的同時，節約了芯片資源。本文中提出了一種路徑度量值存儲器的組織方式，簡化了控制模塊的邏輯電路，優化了系統的時序。 3.在幸存路徑的選擇輸出上采用了回溯譯碼方法，與傳統的寄存器交換法相比，減少了寄存器的使用，大大降低了功耗和設計的復雜度。 4.本文中設計了一個仿真平臺，采用Modelsim仿真器對設計進行了功能仿真，結果完全正確。同時提出了一種在被測設計內部插入監視器的調試方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的輸出結果，提高了追蹤錯誤的效率。 5.該設計在Altera EP1C20 FPGA芯片上通過測試，最大運行時鐘頻率110MHz，最大譯碼輸出速率10.3Mbps。本文對譯碼器的綜合結果和Altera設計的Viterbi譯碼器IP核進行了性能比較，比較結果證明本文中設計的Viterbi譯碼器具有很高的工程實用價值。

標簽： Viterbi FPGA 軟判決譯碼器

上傳時間： 2013-07-23

上傳用戶：葉山豪
LDPC碼譯碼器FPGA實現研究

LDPC碼以其接近Shannon極限的優異性能在編碼界引起了轟動，成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術的發展，目前，LDPC碼已經被多個通信系統定為信道編碼方案，并被應用到第二代數字視頻廣播衛星(DVB—S2)通信系統中。由于LDPC碼譯碼過程中所涉及的數據量龐大，譯碼時序控制復雜，如何實現LDPC碼譯碼器成為了人們研究的重點。論文以基于FPGA實現LDPC碼譯碼器為研究目標，主要對譯碼算法選擇、譯碼數據量化、定點數據表示方式、譯碼算法關鍵運算單元的FPGA設計和譯碼的時序控制進行了深入研究。首先分析了LDPC碼的基本譯碼原理和常用譯碼算法。然后重點分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和歸一化最小和算法，并對四種譯碼算法的糾錯性能和譯碼復雜度進行比較論證，選出適合硬件實現的譯碼方案。結合通信系統，對譯碼算法進行仿真分析，確定了譯碼算法的各個參數值和譯碼量化方案。在系統仿真分析論證的基礎之上，以歸一化最小和譯碼算法為理論方案，利用硬件描述語言編寫譯碼功能模塊，并基于FPGA實現了固定譯碼長度的LDPC碼譯碼器，利用MATLAB和Modelsim分別對譯碼器進行了功能驗證和時序驗證，最后模擬通信系統完成了譯碼器的硬件測試。

標簽： LDPC FPGA 譯碼器實現研究

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：1234567890qqq