基于多软核并行处理的数字图像处理算法的研究

论文摘要

数字图像处理(digital image processing)是用计算机对图像信息进行处理的一门技术。对数字图像的处理多采用上位机软件编程的方法,这样很难满足实时图像的要求。用硬件对数字图像进行处理,是现在的发展趋势。FPGA以其片内大量的逻辑资源,使其很适合进行数字图像处理,而采用多软核技术进行并行的处理则可大大加快图像的处理速度,使其满足实时性的要求。采用FPGA设计灵活,程序和模块可移植性强,可缩短设计周期,减少硬件投资风险。因此,FPGA技术将会越来越广泛地运用于图像处理领域。System Generator是Xilinx公司的系统级建模工具,在很多方面扩展了MATLAB的Simulink平台,提供了适合硬件设计的数字信号处理(DSP)建模环境,加速和简化了FPGA的DSP系统级硬件设计。System Generator提供了系统级设计能力,允许在相同环境内进行软硬仿真、执行和验证,并不需要书写HDL代码。此外,System Generator工具还能完成高级的提取,自动编译生成FPGA代码,也可通过低级的提取,对FPGA的底层资源进行访问,从而实现高效率的FPGA设计构建。目前,基于System Generator的设计方法已在复杂系统实现中展现了强大的潜能,必将成为未来主流的FPGA开发技术之一本文介绍了数字图像处理中的常用算法,对数字图像处理算法中的离散余弦变换(DCT)算法进行建模与仿真分析。本模型使用FPGA的多软核技术,结合Xilinx公司ISE Design Suite10.1的System Generator和Mathworks公司MATLAB R2007b的Simulink两种EDA工具,使用多DSP模块,采用并行的处理方法,并将模型的运行结果在MATLAB中进行了验证,证明了此模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内、国外研究现状和发展前景
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展前景
• 1.3 本文研究主要内容
• 第二章 并行处理及数字图像处理技术
• 2.1 数字图像处理简介
• 2.1.1 数字图像处理问题和应用
• 2.1.2 图像表示和建模
• 2.1.3 图像增强
• 2.1.4 图像复原
• 2.1.5 图像分析
• 2.1.6 由投影重建图像
• 2.1.7 图像数据压缩
• 2.2 并行处理技术
• 2.2.1 并行处理技术-概念
• 2.2.2 并行处理技术的形式——三种形式
• 2.2.3 并行计算机
• 2.2.4 策略及定义
• 2.2.5 并行软件
• 2.2.6 并行图像处理
• 2.2.7 并行处理技术发展概况
• 2.3 本章小结
• 第三章 EDA工具及芯片外围电路设计
• 3.1 XILINX FPGA简介
• 3.1.1 XILINX FPGA CLB
• 3.1.2 XILINX FPGA BRAM
• 3.1.3 BRAM写入模式
• 3.1.4 避免冲突
• 3.1.5 硬件FIFO支持
• 3.2 ISE及SYSTEM GENERTOR
• 3.2.1 ISE Design Suite10.1介绍
• 3.2.2 嵌入式设计和DSP设计工具集成
• 3.2.3 System Generator简介
• 3.2.4 System Generator的主要特征
• 3.3 MATLAB
• 3.3.1 MATLAB的发展史及特点
• 3.3.2 MATLAB语言特点
• 3.3.3 MATLAB功能
• 3.3.4 Simulink简介
• 3.3.5 MATLAB的第三方支持
• 3.4 FPGA外围电路设计
• 3.4.1 FPGA相关电路设计知识
• 3.4.2 主串模式——最常用的FPGA配置模式
• 3.4.3 SPI串行Flash配置模式
• 3.4.4 从串配置模式
• 3.4.5 JTAG配置模式
• 3.5 本章小结
• 第四章 离散余弦变换的多软核设计与仿真
• 4.1 离散余弦变换（DCT）
• 4.1.1 离散余弦变换简介
• 4.1.2 一维离散余弦变换
• 4.1.3 二维离散余弦变换
• 4.1.4 DCT与FFT的关系
• 4.2 一维离散余弦变换（DCT）建模
• 4.2.1 System Generator设计流程
• 4.2.2 一维离散余弦变换的System Generator设计
• 4.2.3 子模块分析
• 4.3 模块仿真分析
• 4.3.1 模块仿真数据验证
• 4.3.2 模型生成Verilog代码
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录