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FPGA的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)(tǒng)

基于FPGA的PCI接口運(yùn)動(dòng)控制卡的研究.rar

運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化的核心部分，提高運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)水平對(duì)于提高我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展是制造自動(dòng)化前進(jìn)的旋律，是推動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的是控制各個(gè)電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)，這是運(yùn)動(dòng)控制器接收并依照數(shù)控裝置的指令來(lái)控制各個(gè)電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的，數(shù)據(jù)加工中的定位控制精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標(biāo)都與運(yùn)動(dòng)控制器直接相關(guān)。目前對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對(duì)步進(jìn)、伺服電機(jī)進(jìn)行控制的運(yùn)動(dòng)控制卡的研究。對(duì)PC-NC來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制卡的性能很大程度上決定了整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的性能，而微電子和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，使運(yùn)動(dòng)控制卡的性能得到了不斷改進(jìn)，集成度和可靠性大大提高。本課題通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入研究，并針對(duì)國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的具體需要，緊跟當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì)，吸收了數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強(qiáng)大的、具有很大柔性的四軸多功能運(yùn)動(dòng)控制卡。本課題的具體研究主要有以下幾方面：首先，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研，和對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí)，在比較了幾種常用的運(yùn)動(dòng)控制方案的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案，并規(guī)劃了板卡的總體設(shè)計(jì)。其次，根據(jù)總體設(shè)計(jì)，規(guī)劃了板卡的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)劃分并實(shí)現(xiàn)了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設(shè)計(jì)了數(shù)字輸入/輸出電路。再次，利用FPGA的資源實(shí)現(xiàn)了PCI從設(shè)備接口，達(dá)到跟控制卡通信的目的，針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制中的一些具體問(wèn)題，如運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、實(shí)時(shí)控制以及多軸聯(lián)動(dòng)等，在FPGA上設(shè)計(jì)了四軸運(yùn)動(dòng)控制電路，定義了各個(gè)寄存器的具體功能，設(shè)計(jì)了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個(gè)功能各異的計(jì)數(shù)器電路等，自動(dòng)降速點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、A／B相編碼器倍頻計(jì)數(shù)電路等特殊功能。最后，進(jìn)行了本運(yùn)動(dòng)控制卡的測(cè)試，從測(cè)試和應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，該卡達(dá)到預(yù)期的要求。

標(biāo)簽： FPGA PCI 接口

上傳時(shí)間： 2013-07-27

上傳用戶：zgu489
FPGA的測(cè)試

隨著FPGA(FieldProgrammableGateArray)器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛且重要，F(xiàn)PGA的測(cè)試技術(shù)也得到了廣泛重視和研究。基于FPGA可編程的特性，應(yīng)用獨(dú)立的測(cè)試(工廠測(cè)試)需要設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)測(cè)試編程和測(cè)試向量來(lái)完成FPGA的測(cè)試，確保芯片在任何用戶可能的編程下都可靠工作。本論文正是針對(duì)上述問(wèn)題，以XilinxXC4000E系列FPGA為主要的研究對(duì)象，在詳細(xì)研究FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于“分治法”的基本思路對(duì)FPGA的測(cè)試?yán)碚摵头椒ㄗ隽颂剿餍匝芯俊?研究完成了對(duì)可編程邏輯模塊(ConfigrableLogicBlock)及其子模塊的測(cè)試。主要基于“分治法”對(duì)CLB及其子模塊進(jìn)位邏輯(CLM)、查找表(LUT)的RAM工作模式等進(jìn)行了測(cè)試劃分，分別實(shí)現(xiàn)了以“一維陣列”為基礎(chǔ)的測(cè)試配置和測(cè)試向量，以較少了測(cè)試編程次數(shù)完成了所有CLB資源的測(cè)試。研究完成了對(duì)互連資源(ConfigrableInterconnectResource)的測(cè)試。基于普通數(shù)據(jù)總線的測(cè)試方法，針對(duì)互連資源主要由線段和NMOS開(kāi)關(guān)管組成的特點(diǎn)及其自身的故障模型，通過(guò)手工連線實(shí)現(xiàn)測(cè)試配置，僅通過(guò)4次編程就實(shí)現(xiàn)了對(duì)其完全測(cè)試。在測(cè)試?yán)碚撗芯康幕A(chǔ)上，我們開(kāi)發(fā)了能對(duì)FPGA器件進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的測(cè)試平臺(tái)。基于硬件仿真器的測(cè)試平臺(tái)通過(guò)高速光纖連接工作站上的EDA仿真軟件，把軟件語(yǔ)言描述的測(cè)試波形通過(guò)硬件仿真器轉(zhuǎn)化為真實(shí)測(cè)試激勵(lì)，測(cè)試響應(yīng)再讀回到仿真軟件進(jìn)行觀察，能夠靈活、快速的完成FPGA器件的配置和測(cè)試。該平臺(tái)在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同在線測(cè)試FPGA。在該平臺(tái)支持下，我們成功完成了對(duì)各軍、民用型號(hào)FPGA的測(cè)試任務(wù)。本研究成果為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)FPGA器件提供了有力保障，具有重大科研與實(shí)踐價(jià)值，成功解決了國(guó)外公司在FPGA測(cè)試技術(shù)上的壟斷問(wèn)題，幫助國(guó)產(chǎn)FPGA器件實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)化。

標(biāo)簽： FPGA 測(cè)試

上傳時(shí)間： 2013-05-17

上傳用戶：wangyi39
基于FPGA的以太網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本文的主要研究?jī)?nèi)容是利用FPGA平臺(tái)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)接口。首先，對(duì)論文的大致內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要介紹，并且比較分析了目前比較流行的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)的三種方法，并以此為基礎(chǔ)提出了本文中重點(diǎn)介紹的基于FPGA 的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)方法。其次，介紹采用以FPGA 做為主控芯片控制8019AS 網(wǎng)絡(luò)控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)幀的功能。FPGA 需要在上電時(shí)完成對(duì)于8019AS的初始化設(shè)置。在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行控制和操作以完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀的接收。對(duì)FPGA 與8019AS 之間的接口實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后，介紹了在FPGA 內(nèi)部對(duì)于接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行TCP/IP協(xié)議分析的具體過(guò)程和實(shí)現(xiàn)方法。分別詳細(xì)介紹了接收模塊、發(fā)送模塊以及其中子模塊具體功能和實(shí)現(xiàn)方法。說(shuō)明了模塊之間相互觸發(fā)的具體關(guān)系。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)接口一般是采用MCU 或者ARM 等專用控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而此次課題以FPGA 作為主控芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口以及部分TCP/IP 協(xié)議分析是一個(gè)創(chuàng)意。而且由于FPGA 多管腳可以靈活配置，也使得系統(tǒng)的可擴(kuò)展性有了很大的提高。

標(biāo)簽： FPGA 以太網(wǎng)絡(luò) 接口的設(shè)計(jì)

上傳時(shí)間： 2013-06-09

上傳用戶：huazi
基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的SOPC實(shí)現(xiàn)

本課題完成了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集器以及IIC總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分、通訊部分的電路設(shè)計(jì)。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內(nèi)用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。通過(guò)上述設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了“準(zhǔn)單片化”的模擬量和數(shù)字量的數(shù)據(jù)采集和處理。所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器可以和結(jié)構(gòu)類似的上位機(jī)通訊，本課題完成了在上位機(jī)中用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的通信電路模塊。通過(guò)上述兩部分工作，將微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器等數(shù)字邏輯電路均集成在同一個(gè)FPGA內(nèi)部，形成一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)。FPGA片外僅為模擬器件和開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)芯片。FPGA內(nèi)部的硬件電路采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)；MCU軟核工作所需要的程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。多臺(tái)數(shù)據(jù)采集器與服務(wù)器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。服務(wù)器端軟件用VB開(kāi)發(fā)，既可以將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)以數(shù)字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。由于數(shù)據(jù)采集器是所有自控類系統(tǒng)所必需的電路模塊，所以一個(gè)通用的片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以解決各類系統(tǒng)的應(yīng)用問(wèn)題，達(dá)到“設(shè)計(jì)復(fù)用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設(shè)計(jì)的更加突出的優(yōu)點(diǎn)是不必更換芯片就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和升級(jí)，同時(shí)也可以降低成本和提高可靠性。

標(biāo)簽： FPGA SOPC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

上傳時(shí)間： 2013-07-12

上傳用戶：a155166
基于FPGA的甚短距離高速并行光傳輸系統(tǒng)研究

甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈧鬏敿夹g(shù).它主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)、核心路由器(CR)、光交叉連接設(shè)備(OXC)、分插復(fù)用器(ADM)和波分復(fù)用(WDM)終端等不同層次設(shè)備之間的互連,具有構(gòu)建方便、性能穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點(diǎn),是光通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)全新領(lǐng)域,逐漸成為國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),成為全光網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統(tǒng),完成了VSR技術(shù)的核心部分--轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),使用現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來(lái)完成轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn).深入研究現(xiàn)有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標(biāo)準(zhǔn),在其技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統(tǒng)總吞吐量大的優(yōu)勢(shì),為將來(lái)向更高速率升級(jí)提供了依據(jù).根據(jù)萬(wàn)兆以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和傳輸要求,提出并設(shè)計(jì)了用VSR技術(shù)實(shí)現(xiàn)局域和廣域萬(wàn)兆以太網(wǎng)在較短距離上的高速互連的系統(tǒng)方案,成功地將VSR技術(shù)移植到萬(wàn)兆以太網(wǎng)上,實(shí)現(xiàn)低成本、構(gòu)建方便和性能穩(wěn)定的高速短距離傳輸. 本文所有的設(shè)計(jì)均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實(shí)現(xiàn),采用Altera的Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)工具和 Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言完成了VSR4-1.0轉(zhuǎn)換器集成電路和萬(wàn)兆以太網(wǎng)的SERDES的設(shè)計(jì)和仿真,并給出了各模塊的電路結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果.仿真的結(jié)果表明,所有的設(shè)計(jì)均能正確的實(shí)現(xiàn)各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統(tǒng)的要求.

標(biāo)簽： FPGA 短距離光傳輸高速并行

上傳時(shí)間： 2013-07-14

上傳用戶：han0097
基于FPGA的MPEG-2預(yù)處理TS流復(fù)用設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

　　本文著重研究了多路數(shù)字節(jié)目復(fù)用器中的對(duì)多路預(yù)處理TS流復(fù)用的原理和基于FPGA的實(shí)現(xiàn)方法。首先論述了關(guān)于數(shù)字電視系統(tǒng)的一些基本概念，介紹了MPEG-2/DVB標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)字電視節(jié)目專用信息(PSI)，并結(jié)合多路數(shù)字節(jié)目復(fù)用的基本原理提出了一套基于FPGA的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)復(fù)用器輸入部分、復(fù)用控制邏輯和PCR校正等一系列模塊的設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，取得了一定的研究成果。

標(biāo)簽： FPGA MPEG 預(yù)處理 TS流

上傳時(shí)間： 2013-06-09

上傳用戶：bugtamor
基于FPGA的8051 IP核的設(shè)計(jì)

本文探索了自主系統(tǒng)CPU設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)80C51產(chǎn)品進(jìn)行了必要的改進(jìn)。文章采用XILINX公司的Virtex-ⅡPro系列FPGA芯片，在相關(guān)EDA軟件平臺(tái)的支持下進(jìn)行基于FPGA的8051芯片的設(shè)計(jì)。在已公開(kāi)的8051源代碼的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的程序存儲(chǔ)器、指令存儲(chǔ)器做了較大幅度的修改，增加了定時(shí)器、串行收發(fā)器的軟件編寫(xiě)，VerilogHDL語(yǔ)句共6000余行(見(jiàn)附錄光盤(pán))。在設(shè)計(jì)中筆者特別的注意了源代碼中組合邏輯循環(huán)的去除，時(shí)序設(shè)計(jì)中合理確定建立時(shí)間和保持時(shí)間，保證了工作頻率的提高(工作頻率由12MHz提高到約30MHz)，串行收發(fā)器的下載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模塊頻率的提高。對(duì)設(shè)計(jì)高頻CPU提供了有益的借鑒。本文利用Modelsim進(jìn)行了功能仿真和后仿真，利用Synplify進(jìn)行了綜合，仿真和綜合結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求，并為下載和組成系統(tǒng)作了準(zhǔn)備工作(設(shè)計(jì)了外圍電路的PCB板圖)。

標(biāo)簽： FPGA 8051 IP核

上傳時(shí)間： 2013-06-28

上傳用戶：梧桐
基于FPGA的電路板光板測(cè)試機(jī)硬件設(shè)計(jì)與樣機(jī)研制

　　本文提出一種基于PC104嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的PCB測(cè)試機(jī)的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。方案中設(shè)計(jì)高效高壓控制電路，實(shí)現(xiàn)測(cè)試電壓與測(cè)試電流的精確數(shù)字控制。選用雙高壓電子開(kāi)關(guān)形式代替高壓模擬電子開(kāi)關(guān)，大幅度提高測(cè)試電壓。采用多電源方式在低控制電壓下實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電子開(kāi)關(guān)的控制。設(shè)計(jì)高速信號(hào)處理電路對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行處理，從硬件上提高系統(tǒng)測(cè)試速度。　　本設(shè)計(jì)中選用Altera公司的現(xiàn)場(chǎng)可編程器(FPGA)EP1K50，利用EDA設(shè)計(jì)工具Synplify、Modelsim、QuartusⅡ以及Verilog硬件描述語(yǔ)言完成了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試，解決了由常規(guī)電路難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。

標(biāo)簽： FPGA 電路板測(cè)試機(jī) 硬件設(shè)計(jì)

上傳時(shí)間： 2013-06-04

上傳用戶：lizhen9880
指紋識(shí)別算法的研究及基于FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)

隨著圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識(shí)別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對(duì)生物特征市場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，該領(lǐng)域的收入的年增長(zhǎng)率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識(shí)別技術(shù)由于其獨(dú)特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點(diǎn)，恰好符合了市場(chǎng)的需求。目前指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識(shí)別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門(mén)的概念。NiosⅡ是Altera公司開(kāi)發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個(gè)基于FPGA的片上系統(tǒng)。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(shí)別系統(tǒng)對(duì)速度的要求。本文對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點(diǎn)，對(duì)算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識(shí)別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。論文的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計(jì)了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點(diǎn)匹配的指紋識(shí)別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法速度快、誤識(shí)率較低、可靠性較高，可以滿足實(shí)用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個(gè)單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)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(chǔ)器以及小鍵盤(pán)和LCD顯示屏等器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)方案。 3、利用NiosⅡ開(kāi)發(fā)板對(duì)硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。基于FPGA的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對(duì)這一設(shè)計(jì)繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。

標(biāo)簽： FPGA 指紋識(shí)別法的研究硬件實(shí)現(xiàn)

上傳時(shí)間： 2013-06-07

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基于FPGA的MPEG4協(xié)同處理器研究

網(wǎng)絡(luò)帶寬依然在不斷增長(zhǎng)（尤其是在本地網(wǎng)），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情況是大容量的磁盤(pán)、FLASH移動(dòng)存儲(chǔ)盤(pán)和激光盤(pán)的容量不斷增大，使得傳送和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的成本不斷地下降。不僅使人發(fā)問(wèn)：我們孜孜不倦的搞視頻壓縮高級(jí)算法還有多少意義？我們可以看到，算法的復(fù)雜性日益增加，但性能的提高卻接近邊緣。是什么還在要求更高的壓縮速率？還有被我們遺忘的地方嗎？還有什么應(yīng)用讓我們繼續(xù)追求更精妙的壓縮算法？在作者看來(lái)，這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域就是移動(dòng)視頻服務(wù)。無(wú)線頻譜這種稀缺資源的有限性決定了我們必須繼續(xù)對(duì)視頻壓縮技術(shù)進(jìn)行研究。即使伴隨UMTS/IMT2000的到來(lái)，移動(dòng)終端可以獲得的數(shù)據(jù)速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窩的時(shí)候最高能達(dá)到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率對(duì)于較高質(zhì)量的視頻傳輸來(lái)講，仍然是有限的。因此，可以預(yù)見(jiàn)，移動(dòng)終端的空中接口這個(gè)瓶頸使得我們必須繼續(xù)進(jìn)行視頻壓縮。另一方面，移動(dòng)終端領(lǐng)域開(kāi)發(fā)視頻壓縮算法，在其低功耗和實(shí)時(shí)性要求下，也是異常困難的。為了減少計(jì)算的復(fù)雜性和運(yùn)動(dòng)估計(jì)的功耗，業(yè)界提出了許多快速算法，例如2-D的對(duì)數(shù)搜索，三步搜索，聯(lián)合搜索。盡管這些方法減少了功耗，其結(jié)果是視頻壓縮性能的降低，因?yàn)檫@些算法的本質(zhì)是減少了運(yùn)動(dòng)搜索的空間。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)搜索的低功耗，在電路領(lǐng)域又提出了搜索窗口和時(shí)鐘管理的措施。但這些方法都是在犧牲視頻壓縮比性能的基礎(chǔ)進(jìn)行的折中，并沒(méi)有強(qiáng)調(diào)算法映射結(jié)構(gòu)上做出處理。本論文提出了一種新的解決MPEG-4運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)算的低功耗實(shí)時(shí)處理器架構(gòu)。其基礎(chǔ)是采用了心肌陣列并行處理技術(shù)和低功耗控制電路。運(yùn)動(dòng)估計(jì)的繁復(fù)運(yùn)算通過(guò)心肌陣列分布式運(yùn)算得到有效處理。從理論上看，心肌陣列有其簡(jiǎn)單易理解性，然后，由于FPGA的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有限性，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)陣列仍有許多值得注意的問(wèn)題。論文提出使用保守近似處理在全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)中減少功耗，其本質(zhì)是消除不必要的冗余運(yùn)算。宏塊的最小誤差匹配是一個(gè)典型的串行操作過(guò)程。論文新提出的方法是在進(jìn)行絕對(duì)匹配前使用保守計(jì)算，如果保守誤差值與最小誤差差別過(guò)大，則不進(jìn)行絕對(duì)誤差計(jì)算。總的說(shuō)來(lái)，論文實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)目標(biāo)：通過(guò)心肌陣列實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)編碼，通過(guò)在算法層次引入控制電路，降低運(yùn)動(dòng)估計(jì)電路的功耗。

標(biāo)簽： MPEG4 FPGA 處理器

上傳時(shí)間： 2013-06-23

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