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(xiàng)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(diǎn)。在同樣的視覺(jué)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(jià)是計(jì)算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計(jì)其編碼的計(jì)算復(fù)雜度大約為H.263的3倍，因此很難應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻處理領(lǐng)域。針對(duì)這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)做了大量的研究工作，力圖降低其計(jì)算復(fù)雜度和提高運(yùn)行效率。比如在運(yùn)動(dòng)估計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)很成熟。而針對(duì)幀內(nèi)/幀間預(yù)測(cè)編碼的研究卻較少。因此研究預(yù)測(cè)模式的快速算法具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文在詳細(xì)研究H.264標(biāo)準(zhǔn)視頻壓縮編碼特點(diǎn)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(diǎn)，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(guò)結(jié)合SAD的模式選擇方法來(lái)減少模式選擇數(shù)目。它采用了Sobel梯度算子計(jì)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(diǎn)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(cè)模式。該算法有效降低了編碼器的運(yùn)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(cè)模式選擇算法方面進(jìn)行了改進(jìn)研究：按順序?qū)Σ煌愋瓦M(jìn)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(shí)，結(jié)合小塊模式搜索中途停止準(zhǔn)則來(lái)確定最優(yōu)模式。仿真表明：改進(jìn)算法相對(duì)與原來(lái)算法能夠節(jié)省很多的編碼時(shí)間（平均下降了49.3％），但帶來(lái)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(shí)在整數(shù)DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對(duì)4×4點(diǎn)數(shù)據(jù)做一次變換，只需通過(guò)8×8次加法和2×8次移位運(yùn)算便可完成，與原來(lái)12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度。 最后介紹FPGA的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)流程，并實(shí)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(shí)現(xiàn)的H.264編碼視頻處理模塊設(shè)計(jì)具備了成本低，周期短，設(shè)計(jì)方法靈活等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 仿真表明，通過(guò)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(tái)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼。
上傳時(shí)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(hào)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(huì)引起彩色爬行、畫(huà)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(huà)面的視覺(jué)效果，去隔行技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)，視頻信號(hào)本身的低幀頻也會(huì)導(dǎo)致行抖動(dòng)、線爬行以及大面積閃爍等視覺(jué)效果上的缺陷。增加掃描頻率會(huì)把這些視覺(jué)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(duì)圖像大小變化的要求就必須對(duì)原始信號(hào)分辨率即每幀行數(shù)和每行像素?cái)?shù)進(jìn)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(guò)用戶編程實(shí)現(xiàn)專門(mén)應(yīng)用的功能。它允許電路設(shè)計(jì)者利用基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)輸入、仿真、測(cè)試和校驗(yàn)，直到達(dá)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(lái)的電路板級(jí)產(chǎn)品集成芯片級(jí)產(chǎn)品，從而降低了功耗，提高了可靠性，同時(shí)還可以很方便的對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)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(diǎn)對(duì)去隔行、幀頻轉(zhuǎn)換、分辨率變換的FPGA綜合實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的深入研究，分別給出了最簡(jiǎn)解決方案、基于非線性算法的解決方案和基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案。最簡(jiǎn)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(xiàng)處理同時(shí)實(shí)現(xiàn)，達(dá)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(chǎng)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?；诜蔷€性算法的解決方案中加入了對(duì)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(guò)對(duì)已存輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性運(yùn)算得出。基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案在對(duì)靜止區(qū)域進(jìn)行判斷和處理的基礎(chǔ)上，對(duì)欲生成的變頻后的場(chǎng)間插值幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量得出非靜止區(qū)域的輸出像素值。其中為求得輸入場(chǎng)間相應(yīng)時(shí)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(yùn)動(dòng)估計(jì)方式，通過(guò)對(duì)三步搜索算法的高效實(shí)現(xiàn)，將SAD 值進(jìn)行比較得出運(yùn)動(dòng)矢量。
標(biāo)簽： FPGA 視頻格式轉(zhuǎn)換 算法研究
上傳時(shí)間： 2013-07-19
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隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實(shí)時(shí)圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實(shí)時(shí)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(diǎn)。 本文以FPGA為平臺(tái)，使用VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了中值濾波、順序?yàn)V波、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、卷積運(yùn)算和高斯濾波等圖像處理算法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)改進(jìn)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(jì)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(shí)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(jì)的要求，提高了圖像處理速度。 整個(gè)設(shè)計(jì)及各個(gè)模塊都在Altera公司的開(kāi)發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進(jìn)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(dá)到較高的工作頻率，處理速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟件法處理圖像，可滿足實(shí)時(shí)圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設(shè)計(jì)做了有益的探索性嘗試，對(duì)今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著積極的意義。
上傳時(shí)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(huì)面對(duì)越來(lái)越多綜合或?qū)ｉT(mén)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(gòu)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(duì)用戶收取一定的收視費(fèi)用，而另一方面，調(diào)查也顯示用戶是愿意預(yù)付一定費(fèi)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(duì)某些廣播服務(wù)實(shí)施接入控制，決定一個(gè)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(hù)廣播業(yè)者的利益，確算只有已支付了或即將支付費(fèi)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(wú)疑將成為發(fā)展新服務(wù)的必需條件。但是在不同的運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)使用不同的CA系統(tǒng)，在不同的CA系統(tǒng)之間進(jìn)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(gè)用戶接收設(shè)備中應(yīng)集成相應(yīng)的解擾模塊。在我國(guó)國(guó)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(xì)的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫(xiě)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)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(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。可以說(shuō)，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(jiǎn)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(shì)。然后介紹了利用FPGA來(lái)實(shí)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(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建，硬件實(shí)現(xiàn)等。 然后對(duì)以上各個(gè)部分做詳細(xì)的闡述。同時(shí)為了指導(dǎo)FPGA設(shè)計(jì)，給出了FPGA的結(jié)構(gòu)和原理與FPGA設(shè)計(jì)的基本原則、設(shè)計(jì)的基本技巧、設(shè)計(jì)的基本流程； 最后給出了該加擾系統(tǒng)的測(cè)試與驗(yàn)證方法以及驗(yàn)證和測(cè)試結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-06-22
上傳用戶：chongchong2016
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(shí)現(xiàn)視頻圖像無(wú)級(jí)縮放已成為圖像處理研究的一個(gè)重要課題。 圖像縮放通常由插值算法實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的插值算法由于實(shí)現(xiàn)原理的局限性，在縮放時(shí)容易引起邊緣鋸齒或細(xì)節(jié)模糊現(xiàn)象。針對(duì)傳統(tǒng)插值算法的這個(gè)不足，出現(xiàn)了許多基于邊緣改進(jìn)的算法。但這些算法一般只能完成2k倍數(shù)插值，無(wú)法真正做到基于邊緣的無(wú)級(jí)縮放。 為了實(shí)現(xiàn)基于邊緣改進(jìn)的無(wú)級(jí)縮放，本文做了如下五個(gè)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(cè)插值，分析了這些圖像縮放技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。 2.重點(diǎn)研究了新興的方向多項(xiàng)式插值算法，該算法能夠真正完成基于邊緣改進(jìn)的無(wú)級(jí)縮放。 3.提出改進(jìn)的方向多項(xiàng)式插值算法(IOPI算法)，該算法針對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)，做了兩個(gè)方面改進(jìn)：提出EDV算法，簡(jiǎn)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(guò)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(jì)算，大大簡(jiǎn)化了硬件實(shí)現(xiàn)，降低了硬件實(shí)現(xiàn)成本。A-Cubic6算法利用查找表簡(jiǎn)化了Cubic6點(diǎn)插值算法的實(shí)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(píng)價(jià)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(shí)時(shí)視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實(shí)現(xiàn)。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實(shí)現(xiàn)，可以在硬件平臺(tái)上穩(wěn)定工作。
上傳時(shí)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(duì)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(shí)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(gè)：首先，濾波窗口中過(guò)多的噪聲點(diǎn)會(huì)使窗口中的點(diǎn)在排序時(shí)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(diǎn)。對(duì)此，本文提出
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)越來(lái)越多的應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的ASIC(專用集成電路)和DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)相比，基于FPGA和CPLD實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)具有更高的實(shí)時(shí)性和可嵌入性，能夠方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成與功能擴(kuò)展。 FFT的硬件結(jié)構(gòu)主要包括蝶形處理器、存儲(chǔ)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(yùn)算速度。同時(shí)，流水線寄存器能夠寄存蝶形運(yùn)算中的公共項(xiàng)，這樣在設(shè)計(jì)蝶形處理器時(shí)只用到了一個(gè)乘法器和兩個(gè)加法器，降低了硬件電路的復(fù)雜度。 為了進(jìn)一步提高FFT的運(yùn)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(jì)了一個(gè)并行乘法器。在實(shí)現(xiàn)該乘法器時(shí)，本文采用改進(jìn)的布斯算法，用以減少部分積的個(gè)數(shù)。同時(shí)，使用華萊士樹(shù)結(jié)構(gòu)和4-2壓縮器對(duì)部分積并行相加。 本文以32點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT為例進(jìn)行設(shè)計(jì)與邏輯綜合。通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的存儲(chǔ)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(jì)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(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果提出了進(jìn)一步的改進(jìn)方案，在乘法器內(nèi)加入一級(jí)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(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合具有極高的實(shí)用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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本文主要對(duì)基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。由于點(diǎn)乘運(yùn)算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算的FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化。首先比較分析了三種點(diǎn)乘算法，從運(yùn)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(shí)現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運(yùn)算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過(guò)三種模乘算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出一種串并混合的乘法器，達(dá)到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對(duì)本課題設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進(jìn)行綜合及布局布線，綜合報(bào)告文件證明了本課題所設(shè)計(jì)的ECC加密系統(tǒng)達(dá)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(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：thuyenvinh
本文采用基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃惴?對(duì)去隔行系統(tǒng)及其FPGA設(shè)計(jì)作了深入的研究.該系統(tǒng)包括三個(gè)關(guān)鍵模塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊是去隔行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn),設(shè)計(jì)為雙向運(yùn)動(dòng)估計(jì),采用菱形快速搜索算法,主要分為計(jì)算和控制兩大部分.計(jì)算部分為SAD計(jì)算模塊,采用累加樹(shù)和流水線技術(shù);控制部分根據(jù)菱形搜索算法的第三步搜索的特點(diǎn),對(duì)比較模塊、SAD暫存器等模塊做了具體的設(shè)計(jì).對(duì)于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊采用雙向補(bǔ)償?shù)乃惴?補(bǔ)償精度為半像素.根據(jù)半像素點(diǎn)的位置將運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算分為四個(gè)狀態(tài),并通過(guò)對(duì)四個(gè)狀態(tài)計(jì)算特點(diǎn)的分析設(shè)計(jì)了加法器的結(jié)構(gòu)復(fù)用.同時(shí)基于視頻數(shù)據(jù)處理的需要,設(shè)計(jì)了四個(gè)具有雙體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部緩存器,由FPGA內(nèi)部的嵌入式陣列塊實(shí)現(xiàn).根據(jù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊的計(jì)算特點(diǎn),分別對(duì)緩存器的結(jié)構(gòu)、讀寫(xiě)時(shí)序和列序號(hào)控制進(jìn)行設(shè)計(jì),有效提高了數(shù)據(jù)的存取效率.本文對(duì)于這三個(gè)去隔行系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊都給出了RTL級(jí)設(shè)計(jì)和模塊的功能仿真,并在最后一章中給出了去隔行系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì).
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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