H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯(lián)合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264/AVC的應(yīng)用亮點。在同樣的視覺質(zhì)量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率。但H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計其編碼的計算復(fù)雜度大約為H.263的3倍，因此很難應(yīng)用于實時視頻處理領(lǐng)域。針對這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)做了大量的研究工作，力圖降低其計算復(fù)雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面，國內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)很成熟。而針對幀內(nèi)/幀間預(yù)測編碼的研究卻較少。因此研究預(yù)測模式的快速算法具有理論意義和應(yīng)用價值。 本文在詳細研究H.264標(biāo)準(zhǔn)視頻壓縮編碼特點基礎(chǔ)上，分析了H.264幀內(nèi)編碼, 幀間編碼及變換，量化技術(shù)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(nèi)模式判決算法，通過結(jié)合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數(shù)目。它采用了Sobel梯度算子計算當(dāng)前塊的邊緣信息，累加當(dāng)前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構(gòu)造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預(yù)測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復(fù)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?shù)馁|(zhì)量。 另外在幀間預(yù)測模式選擇算法方面進行了改進研究：按順序?qū)Σ煌愋瓦M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(shù)量的同時，結(jié)合小塊模式搜索中途停止準(zhǔn)則來確定最優(yōu)模式。仿真表明：改進算法相對與原來算法能夠節(jié)省很多的編碼時間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質(zhì)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(shù)DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對4×4點數(shù)據(jù)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(fù)雜度。 最后介紹FPGA的特點及設(shè)計流程，并實現(xiàn)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(xiàn)的H.264編碼視頻處理模塊設(shè)計具備了成本低，周期短，設(shè)計方法靈活等優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。 仿真表明，通過使用本文提出的幀內(nèi)/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(xiàn)實時編碼。
上傳時間： 2013-07-18
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在當(dāng)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(biāo)簽： FPGA 視頻格式轉(zhuǎn)換 算法研究
上傳時間： 2013-07-19
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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(biāo)準(zhǔn)--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。可以說，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(dāng)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(biāo)簽： FPGA ECC 密碼算法 優(yōu)化設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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相對于JPEG中二維離散余弦變換(2DDCT)來說，在JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中，二維離散小波變換(2DDWT)是其圖像壓縮系統(tǒng)的核心變換。在很多需要進行實時處理圖像的系統(tǒng)中，如數(shù)碼相機、遙感遙測、衛(wèi)星通信、多媒體通信、便攜式攝像機、移動通信等系統(tǒng)，需要用芯片實現(xiàn)圖像的編解碼壓縮過程。雖然有許多研究工作者對圖像處理的小波變換進行了研究，但大都只偏重算法研究，對算法硬件實現(xiàn)時的復(fù)雜性考慮較少，對圖像處理的小波變換硬件實現(xiàn)的研究也較少。 本文針對圖像處理的小波變換算法及其硬件實現(xiàn)進行了研究。對文獻[13]提出的“內(nèi)嵌延拓提升小波變換”(Combiningthedata-extensionprocedureintothelifting-basedDWTcore)快速算法進行仔細分析，提出一種基于提升方式的5/3小波變換適合硬件實現(xiàn)的算法，在MATLAB中仿真驗證了該算法，證明其是正確的。并設(shè)計了該算法的硬件結(jié)構(gòu)，在MATLAT的Simulink中進行仿真，對該結(jié)構(gòu)進行VHDL語言的寄存器傳輸級(RTL)描述與仿真，成功綜合到Altera公司的FPGA器件中進行驗證通過。本算法與傳統(tǒng)的小波變換的邊界處理方法比較：由于將其邊界延拓過程內(nèi)嵌于小波變換模塊中，使該硬件結(jié)構(gòu)無需額外的邊界延拓過程，減少小波變換過程中對內(nèi)存的讀寫量，從而達到減少內(nèi)存使用量，降低功耗，提高硬件利用率和運算速度的特點。本算法與文獻[13]提出的算法相比較：無需增加額外的硬件計算模塊，又具有在硬件實現(xiàn)時不改變原來的提升小波算法的規(guī)則性結(jié)構(gòu)的特點。這種小波變換硬件芯片的實現(xiàn)不僅適用于JPEG2000的5/3無損小波變換，當(dāng)然也可用于其它各種實時圖像壓縮處理硬件系統(tǒng)。
上傳時間： 2013-06-13
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