H．264/AVC規(guī)范是由國際電聯(ITU-T)和國際標準化組織(ISO)聯合制定的新一代視頻編解碼標準。它具有如下四個特點：低碼流，和MPEG2等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8；高圖象質量，復雜的算法保證了低碼流條件下圖像仍能保留豐富的細節(jié)；容錯能力強，提供了解決在不穩(wěn)定網絡環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯誤的必要工具；網絡適應性強，提供了網絡適應層，數據能在不同網絡上傳輸。但由此帶來的代價是復雜度極高的編碼過程，尤其是在嵌入式系統中實現具有很大的挑戰(zhàn)性。 本文主要介紹了基于H.264標準的開源代碼T264向DM642平臺的移植和優(yōu)化。優(yōu)化綜合運用了上層和底層的實現方法實現。上層的方法例如使用CCS提供的條件優(yōu)化代碼優(yōu)化功能，使用IMGLIB中高度優(yōu)化的函數等，其特點是簡便易行，效果良好；底層的實現方法例如使用DM642特有的內聯函數，用線性匯編的方式實現算法等，特點是提高了代碼運行的并行性，但需要對DM642和H.264有很深刻的理解。 目前本設計已成功完成H.264.算法在DM642開發(fā)板上的運行，壓縮QCIF格式視頻的速度隨圖像復雜度的不同達到了35-50幀每秒。此后本設計還繼續(xù)使用優(yōu)化后的編碼器實現了監(jiān)控用視頻服務器的原型，使得攝像頭采集的視頻數據在DM642開發(fā)板上壓縮后傳輸至PC機，且能夠在PC端用配套的程序成功解碼并播放。
上傳時間： 2013-06-23
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圖像的采集和傳輸是實時監(jiān)控、遠程控制、智能小區(qū)等諸多領域的關鍵技術。基于傳統：PC的圖像采集已成為現實。隨著信息技術的迅速發(fā)展，嵌入式系統的研究開發(fā)成為了后PC時代的一個熱點，它被廣泛應用于工業(yè)現場、信息家電等各行各業(yè)。同時，圖像的遠程采集傳輸也朝著專業(yè)化、多樣化和低成本的方向發(fā)展。利用嵌入式技術來實現圖像的遠程采集傳輸正順應了時代發(fā)展，有較大的實用價值。 本文主要研究了基于嵌入式的遠程圖像采集傳輸系統。嵌入式終端采用$3C2410為核心的目標板為硬件平臺，采用嵌入式Linux為系統平臺。系統通過連接在嵌入式終端的USB攝像頭完成靜態(tài)圖像數據采集，并進行圖像壓縮處理。在圖像傳輸方面，論文設計了兩種模式：一種是通過Intemet傳輸的、基于B/S模式的傳輸方式。在該模式下，遠端客戶機通過瀏覽器訪問架設在終端里的嵌入式服務器而獲得圖像信息。另一種是基于GPRS網絡實現遠程無線圖像傳輸。終端將采集到的圖像數據通過GPRS網絡發(fā)送到擁有固定Ip的監(jiān)控服務器上來完成圖像遠程傳輸。 本文首先介紹了圖像采集傳輸和嵌入式方面的相關內容，并介紹了本論文所采用的開發(fā)平臺。為了順利開發(fā)接著構建了開發(fā)環(huán)境，這里包括U-boot的移植、Linux系統的內核編譯和移植、設備驅動模塊的加載以及交叉編譯環(huán)境的建立。在此基礎上，利用Vide04Linux的接口函數，用C語言實現了圖像原始數據的采集程序，并利用JPEG算法了實現圖像壓縮。在基于B/S模式的傳輸方式中，首先利用Boa架設了嵌入式服務器，然后用C語言完成CGI腳本，該腳本將圖像嵌入網頁并實時更新以實現網頁的動態(tài)輸出。在基于GPRS實現遠程無線圖像傳輸方式中，論文詳細分析了系統通訊數據流的特征，提出了采用辨識特征字符、數據打包等策略以實現GPRS的網絡連接和數據通訊，并且在此基礎上用C語言編程實現。同時，在PC(Linux)上用Socket編程實現了監(jiān)控服務器軟件，該軟件用以接收圖像數據和控制嵌入式終端的系統狀態(tài)。最后，論文分析比較了兩種傳輸方式的區(qū)別和優(yōu)缺點。試驗證明，采用兩種方式都能成功實現圖像的遠程采集傳輸，并且試驗效果較好。
上傳時間： 2013-05-17
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移動機器人是機器人研究領域中重要的一個分支，智能移動機器人集人工智能、智能控制、信息處理、圖象處理、檢測與轉換等專業(yè)技術為一體，跨計算’機、自動控制、機械、電子等多學科，成為當前智能機器人研究的重點之一。路徑規(guī)劃是移動機器人研究的一個基本而又極其重要的課題。靈活有效的路徑規(guī)劃算法能夠幫助機器人適應各種復雜的環(huán)境，大大提高機器人的應用領域，尤其是使移動機器人具備自動識別環(huán)境的能力，能在未知環(huán)境下完成一定的工作。 本文的主要任務是以LEGO Technic組件為本體，重新設計一個控制器，并據此研究移動機器人的避障和路徑規(guī)劃策略。為滿足移動機器人避障的實時性、準確性要求，需要有一個功能完善的硬件平臺，實現信息采集、處理以及避障的策略。本文設計了一套移動機器人控制器，該控制器以DSP TMS320F2407A為核心，輔之以相應的外圍電路、傳感器、人機交互、串行通信和電源等模塊。車體動力學實驗及避障實驗結果驗證了本文所設計的控制器的性能。 在對移動機器人的避障策略的研究過程中，采用了基于虛擬力場法的位置閉環(huán)控制方法，這種方法簡化了傳統避障方法的數學運算過程，提高了機器人對障礙物的反應速度。最后，設計了一套實驗系統，進行相應的避障方法實驗。結果表明，所設計的控制器能夠完成基本的實時避障功能。
上傳時間： 2013-06-30
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快速傅立葉變換(FFT)技術是數字信號處理中的核心技術，它已廣泛應用于數字信號處理的各個領域，長期以來一直是一個重要的研究課題。近年來，專用數字信號處理器以其優(yōu)化的硬件結構和優(yōu)良的性能價格比為FFT的實現提供了一種有效的途徑，其中最具有代表性的是美國TI公司的TMS320系列DSP。 本文首先分析了常用FFT算法原理，并進行了算法的討論和比較，然后詳細論述了以浮點型DSP為核心的實現FFT算法的硬件平臺的設計。平臺的硬件電路主要包括數據采集部分、數據處理部分、數據存儲部分和數據顯示部分。其中采集部分采用12位高速的A/D轉換芯片MAX197，數據處理部分采用32位浮點型DSP芯片-TMS320VC33，數據存儲部分采用了大容量的FLASH芯片——K9F2808UOA，數據顯示部分采用PHILIPS公司的高亮度、寬視角的TFT彩色液晶顯示屏。 為了擴展系統的通信能力，通信接口我們選擇CAN總線。軟件部分選用了頻率抽取基2FFT、分裂基FFT和實序列FFT算法，用C語言進行編程。最后部分是進行軟硬件的聯合調試，并在此基礎上進行了FFT算法實現。 論文結尾以實際的實驗曲線分析驗證了算法的正確性，同時針對實驗中產生的誤差找出了原因，并提出了解決的方法。實驗結果表明采用浮點DSP實現FFT算法方便且有較高的實時性，可以應用到電力系統諧波分析、振動測試及鐵路檢測等各個領域。
上傳時間： 2013-04-24
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矩陣運算是描述許多工程問題中不可缺少的數學關系，矩陣運算具有執(zhí)行效率好、速度快、集成度高等優(yōu)點，并且隨著動態(tài)可配置技術的發(fā)展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運算的高速實現方法是具有很大的現實意義，能夠為高速運算應用提供技術支持。 為了提高研究成果的實用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運算速度和性能要求很高的特殊場合設計并實現基于FPGA的矩陣運算功能。通過系統地研究FPGA功能結構、設計原理、DSP接口、IEEE-754標準，深入學習浮點數及矩陣的基礎運算以及硬件編程語言等內容，根據矩陣運算的特點和原理，討論了硬件設計方面重點對具體核心器件結構、特點以及有關FPGA的設計流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內容，確定了基于FPGA浮點運算及矩陣運算單元的Verilog HDL設計方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運算結果，并對采集到的數據結果進行了深入分析與總結。 本設計通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進行了實現測試，驗證了設計結果的正確性，證明了本設計中矩陣運算速率的實用性與高效性，提高了系統資源利用率和系統可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產生活各個領域應用打下良好基礎。
上傳時間： 2013-07-07
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隨著數碼技術的不斷發(fā)展，數字圖像處理的應用領域不斷擴大，其實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統的圖像顯示系統必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。本設計脫離高清晰工業(yè)相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現系統的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實時處理的要求，使展現出來的視頻圖像得到質的飛躍。可以廣泛應用于工業(yè)控制和遠程監(jiān)控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數據進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數據緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數據處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統資源很少，用較少的時間完成了圖像數據的轉換，提高了效率。
上傳時間： 2013-06-08
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本文研究的視頻處理系統是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現”的一部分，主要完成計算機視覺系統的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統進行高層處理的基礎，優(yōu)秀的預處理算法能有效改善圖像質量，提高系統分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統整體架構的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據VGA顯示的要求，給出了一種實現圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據算法特點設計了多種采用FPGA實現的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現充分利用了FPGA的片內資源，體現了FPGA在圖像處理方面的特點及優(yōu)勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現，從而簡化了系統整體結構。視頻采集和預處理系統在FPGA上的成功實現為“計算機視覺及其芯片化實現”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據。
上傳時間： 2013-07-26
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發(fā)展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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諧波帶來的影響已經嚴重危及到電力系統的安全、經濟、穩(wěn)定運行。解決諧波污染的關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成為人們普遍關注的一個熱點問題。電力諧波檢測裝置的圖形用戶系統更是存在著進程獨立、網絡通信能力、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、面向對象、能設計精美的人機界面等優(yōu)點，系統便選取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以及系統基本頻率的波動，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的基本頻率，以及插值多項式方法重構時域采樣信號，接下來用FFT計算整數次諧波成份，以及頻域插值方法計算間諧波成份。 系統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，在此基礎上開發(fā)諧波檢測軟件，包括數據采集、FFT分析以及界面顯示程序。經初步調試系統工作穩(wěn)定可靠，具有一定的實用參考價值。
上傳時間： 2013-08-02
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