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《吉林大学》 2012年
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嵌入式多媒体通信终端及其相关视频处理算法研究

祝宇鸿  
【摘要】:随着电子技术、通信技术和计算机技术的发展,嵌入式多媒体处理器因其功耗低、性能高和具有专门的多媒体处理外设等特点而应用的越来越普及。使用嵌入式媒体处理器的各种应用产品,如多媒体服务器和多媒体终端等,在通信、交通、银行、政府部门等众多领域的应用越来越广泛。近年来,随着多媒体服务器和多媒体终端的应用日渐增多,基于嵌入式多媒体处理器的电路设计与开发也越来越受到关注,国家、省市和很多企业都有此类产品的开发项目。 论文依托吉林省科技厅高新项目“基于欠采样噪声处理技术的IP网络带宽自适应多媒体通信终端”和“IPV4/IPV6网络H.264嵌入式多路音视频服务器”来进行研究的,研究的主要内容为嵌入式多媒体电路设计和基于嵌入式多媒体处理器的视频图像相关算法的研究与实现。 具体研究内容包括嵌入式多媒体电路的设计、嵌入式多媒体电路板的设计及根据信号完整性对嵌入式多媒体电路进行优化、视频图像运动目标标记、运动目标阴影消除、矫正倾斜的数字识别算法、相关算法流程结构优化、嵌入式多媒体DSP驱动的设计及基于DSP进行算法实时性的程序设计等。 根据项目需求,设计了基于嵌入式多媒体处理器的多媒体服务器电路和基于嵌入式多媒体DSP加FPGA结构的多媒体终端电路,具体包括方案设计、电路设计和PCB设计及电路板信号完整性分析等。设计的多媒体服务器采用专用芯片进行视频合路,具有片上视频压缩硬核的嵌入式多媒体处理器实现音视频压缩和网络传输方案,电路据有4路视频和4路音频输入;支持本地视频回放;使用H.264/H.263视频编码格式;具有网络传输、移动侦测、OSD(On-Screen Display)等功能。嵌入式多媒体终端采用嵌入式多媒体DSP加FPGA结构,多媒体DSP作为主控CPU,负责的功能包括音视频采集、视频显示、信号处理和网络通信等;FPGA用于实现电路上的控制逻辑和VGA与复合视频切换及视频格式变换功能。嵌入式多媒体终端具有两路视频输入;一路视频VGA和复合视频可选输出;立体声音频输入输出;以太网通信等功能。根据信号完整性相关理论和项目要求对PCB进行了合理的布局布线,并对电路板上的高速信号进行了反射、串扰等信号完整性分析,用分析的结果调整信号线拓扑结构,走线方式,优化电路。通过在数据线、地址线和时钟线上加串接电阻,减小了反射的影响,使信号的过冲和欠冲均满足指标要求。经过测试,设计的电路功能完备,性能可靠,达到预期设计要求。 研究了用于视频图像处理中的一些基本算法,包括彩色空间变换、灰度化算法、阈值分割算法和差分算法。研究了使用矩形框的标记运动目标算法,对三帧差分法和矩形框法的应用场景进行了仿真对比,得出矩形框法适合于视频监控领域,能很准确标记运动目标。研究了基于HSV彩色空间抗阴影干扰的运动目标检测,利用S分量受阴影影响小的特点,使用矩形框标记法,去除了阴影的影响。设计了优化的算法流程,首先使用亮度分量确定运动目标和阴影的矩形框,在此矩形框内用S分量得到第二个矩形框,减小了算法的运算量,有效地消除了阴影。 研究了能够矫正倾斜的数字识别算法,使用基于纹理特征的分割方法,对电表图像进行行扫描,利用扫描数据的跳变沿来进行电表数字区域的定位和分割,利用投影法来分割二值化的电表数字,提出了一种基于七段投影联合扫描的算法,能在正负15°倾斜的范围内有效地识别数字,且不需要进行较为复杂的坐标变换和细化等运算。具体方法为根据电笔数字的特征,通过判断宽高比识别数字“1”;通过判断是否有七段投影的上段识别数字“4”;通过判断是否有七段投影的下段识别数字“7”;通过判断是否有七段投影的右下段识别数字“2”;通过判断七段投影的数字缺口位置识别数字“3”、“5”、“6”和“9”;通过判断是否有七段投影的中段识别数字“0”和数字“8”。设计了电表数字分级判断图和电表数字识别流程图。实验结果证明算法复杂度低,且识别效果好。 研究设计了DM642多媒体DSP视频驱动程序,根据DSP的特点设计了一些视频处理函数,并分析了优化实现过程,主要使用了双字处理、内联函数和常用数据存储到L2缓存等方法,合理使用了“const”、“restrict”和“volatile”等关键字。优化设计了抗阴影影响的运动目标检测算法流程和电表数字识别算法流程,基于DSP进行算法实现,实验结果表明了设计的有效性。 综上,本文设计了两个嵌入式多媒体电路,研究了多媒体电路设计中的一些关键技术,研究了基于嵌入式处理器相关算法及其实现流程,设计电路可靠,达到项目要求。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.41

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