基于SOPC技术的视频图像处理系统的研究

论文摘要

早期视频图像处理系统主要以模拟系统为主,技术成熟、成本低廉,但传输距离短、抗干扰能力差、存储不方便、无法进行数字化处理等。视频图像处理方式逐步由模拟向数字转变。数字视频图像处理系统通常采用数字信号处理专用芯片DSP(Digital Signal Processor)做处理器,但DSP适用于做复杂的算法,其程序本质是串行执行,在高速信号实时处理中难以达到要求,处理速度是有限,系统可靠性低。相对而言, FPGA用于实时图像处理,在速度上具有很大的优势。根据FPGA(Filed Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)内部自身结构,及易于实现分布式的算法结构,使得各功能块可以同时工作,更有利于高速数字信号处理。SOPC(片上可编程系统)设计技术可将尽可能大而完整的电路系统在单一FPGA中实现,从而使得所设计的电路在规模、可靠性、开发成本、产品维护和硬件升级等多方面实现最优化。本课题要实现的视频图像处理系统,主要将实现视频图像的采集、传输、解码以及滤波、优化,最终实现显示等多个功能。本系统首先通过摄像头(本系统采用CCD)进行视频图像的采集,然后对摄像头采集并准确传输回来的模拟视频信号(PAL格式)进行相应的A/D转换和解码,再将得到的YUV格式的数字信号进行隔行变逐行转换以及数字滤波等处理,使图像质量得到了优化;最后对处理好后的数字信号再进行相应的D/A转换,送VGA显示器进行显示。在图像的数字滤波与优化部分,本文详细讨论了邻域均值滤波、低通滤波和中值滤波等滤波方法,通过比较后本系统采用经过算法优化的中值滤波法,提高了处理速度,改善了处理效果。基于SOPC技术的视频图像处理系统具有处理速度快、系统可靠性高、集成度好、升级方便等优势,将在军用和民用航空拍摄中发挥重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 视频图像处理技术国内外发展与现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 FPGA 与SOPC 技术
• 2.1 FPGA 技术
• 2.1.1 可编程逻辑器件
• 2.1.2 现场可编程门阵列
• 2.2 SOPC 技术
• 2.3 NIOSⅡ软核处理器
• 2.3.1 NIOSⅡ嵌入式处理器的基本特征
• 2.3.2 NIOSⅡ嵌入式处理器的内部结构
• 2.3.3 NIOSⅡ嵌入式处理器的优势
• 2.4 QUARTUSⅡ与NIOSⅡ IDE 工具
• 2.4.1 QUARTUSⅡ
• 2.4.2 SOPC BUILDER
• 2.4.3 NIOSⅡ集成开发环境
• 2.5 硬件描述语言
• 2.6 本章小结
• 第三章 视频图像处理系统的硬件设计
• 3.1 系统的总体设计
• 3.2 硬件系统设计
• 3.2.1 主处理器
• 3.2.2 外部存储器
• 3.2.3 解码电路
• 3.2.4 视频D/A 转换电路
• 3.2.5 配置电路
• 3.2.6 电源电路
• 3.2.7 PCB 板的设计
• 3.3 硬件系统设计小结
• 第四章 视频图像处理系统的软件设计
• 4.1 基本的NIOSⅡ嵌入式系统
• 4.1.1 AVALON 总线
• 4.1.2 NIOSⅡ处理器CPU 核
• 4.1.3 JTAG-UART 接口
• 4.1.4 SDRAM 控制器
• 4.1.5 三态桥
• 4.1.6 配置芯片EPCS 控制器
• 4.2 12 C 总线控制器
• 4.2.1 12 C 总线规范
• 4.2.2 ADV7181 的配置
• 4.3 解码控制器
• 4.4 基于NIOSⅡ的应用软件设计
• 4.5 图像处理模块的设计
• 4.5.1 SRAM 控制器
• 4.5.2 隔行变逐行
• 4.5.3 VGA 控制器
• 4.6 软件系统的设计小结
• 第五章 视频图像的优化分析
• 5.1 常用滤波方法介绍
• 5.1.1 邻域平均法
• 5.1.2 中值滤波法
• 5.1.3 低通滤波法
• 5.2 中值滤波法的优化
• 5.2.1 算法的改进
• 5.2.2 硬件的优化
• 5.3 中值滤波法的实现
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 未来的工作展望
• 致谢
• 参考文献