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基于DSP+FPGA的视频图像处理系统研究

作　者: 张琪
导　师: 李莲
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 图像处理 DSP+FPGA 中值滤波离散余弦变换
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

信息具有直观性、可靠性等特点,是人类全面了解世界的重要载体。随着信息化技术的不断发展,视频系统的应用遍及了我们的生活和工作,如电视会议、可视电话、远程监控、智能交通监控等。技术的不断进步使得实时采集和传输图像数据受到广泛的关注和研究。传统的图像采集处理大多基于计算机,存在系统体积大、成本高、携带不便等缺点,并不能在缺少有线网络的地域应用,禁锢了图像采集处理技术的应用广度。通讯技术的快速发展、无线网络的发展和推广,使人们对图像信息的无线传输需求也与日俱增。嵌入式产品能广泛的应用和推广主要是因为其体积小、成本低、应用灵活方便。目前的无线通信技术在速度和稳定性方面虽然不能同有线通信相媲美,但其安装方便灵活的优点使其在对速度要求不高的通信领域受到广泛关注,已经在智能交通、计算机视觉、通信等领域得到广泛应用。本系统以FPGA为控制器,拟通过2.4GHz无线通信模块完成图像的传输。在近几年的视频图像处理系统研究中,采用FPGA+DSP架构的系统进行图像采集处理逐渐成为一种趋势。社会生活对嵌入式系统的需求也使得FPGA和DSP两芯片因其体积小、功耗低和可扩展的特点而得到广泛的应用和研究。因此,本课题也以FPGA+DSP为架构,研究基于FPGA+DSP的视频图像处理系统,采用DSP作为主处理器,进行图像数据的核心算法处理,采用FPGA作为辅助处理器,负责图像采集与部分图像预处理工作,以及与DSP芯片的数据通信。论文通过研究和参照当前的图像处理系统发展方向,确定了本课题的系统整体设计方案,根据实现目的分析了系统硬件芯片的性能选择和处理流程设计思路；其后着重研究了视频图像预处理算法,并对已有平滑技术进行改进,提出了基于矩形窗口的中值滤波算法,仿真对比验证了其可行性,对椒盐噪声有很好的抑制效果,其后详细研究了算法的FPGA硬件实现；最后对图像的常用压缩变换编码离散余弦变换算法进行研究和改进,优化移植到DSP芯片。本文设计的视频图像处理系统在硬件模块划分和算法改进时都充分考虑了FPGA和DSP两芯片的硬件结构特点,更大程度地激发芯片的性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 DSP+FPGA优点  10-11
  1.3 国内外研究现状及存在问题  11-13
    1.3.1 DSP+FPGA嵌入式系统的研究现状  11-12
    1.3.2 存在问题  12-13
  1.4 本课题主要工作  13-14
第二章系统方案设计  14-27
  2.1 总体结构设计  14-15
  2.2 FPGA芯片  15-18
    2.2.1 芯片选型  15-16
    2.2.2 FPGA功能  16
    2.2.3 开发工具  16-18
  2.3 DSP芯片  18-22
    2.3.1 DSP的电源设计  19-20
    2.3.2 DSP的时钟设计  20-21
    2.3.3 复位电路设计  21-22
  2.4 外围扩展模块  22-26
    2.4.1 视频编解码电路设计  22-24
    2.4.2 存储模块  24-25
    2.4.3 传输模块  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章图像预处理及FPGA实现  27-40
  3.1 图像预处理算法  27-30
    3.1.1 邻域平均算法  27-28
    3.1.2 空域低通滤波算法  28-29
    3.1.3 中值滤波算法  29-30
  3.2 中值滤波算法研究与改进  30-35
    3.2.1 冒泡法  31
    3.2.2 一般快速并行中值滤波  31-32
    3.2.3 基于矩形窗口的快速中值滤波  32-35
  3.3 算法可行性验证及分析  35-36
  3.4 算法的FPGA实现  36-39
    3.4.1 3×3模板生成模板  36-38
    3.4.2 算法实现模块  38-39
  3.5 本章总结  39-40
第四章视频图像快速编码算法及DSP移植  40-49
  4.1 视频图像编码  40
  4.2 离散余弦变换  40-45
    4.2.1 标准二维DCT变换  41-42
    4.2.2 基于残差系数的快速编码算法  42-44
    4.2.3 算法仿真分析  44-45
  4.3 算法移植  45-47
    4.3.1 参数配置方式调整  45
    4.3.2 库文件和头文件改动  45
    4.3.3 变量存取方式调整  45-46
    4.3.4 存储空间分配  46-47
  4.4 算法优化  47-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章总结与展望  49-50
参考文献  50-53
发表论文和科研情况说明  53-54
致谢  54

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