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《中国海洋大学》 2010年
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基于SOPC技术的水下视频压缩编码与传输系统的设计

王北镇  
【摘要】:未来是海洋的世纪,海洋是人类生存和发展的重要领域。我国是一个海洋大国,海洋国土面积三百多万平方公里。海洋不仅为人类提供丰富的物质资源,而且在现代战争中具有重要的战略地位。因此,开展水下目标识别的研究,在国民经济和军事上都具有重要的价值和意义。 在水下视频图像信号高速处理中,水下视频图像压缩的研究受到人们极大的关注。目前商品化的水声Modem可提供的数据传输速率一般为几kb/s,利用有限带宽的水声信道实时传输视频图像的关键技术为:一是高效的视频图像压缩技术,二是高效的水声Modem研制。本研究主要是针对水下视频图像和水声信道的特点,选择高效的视频图像压缩编码技术,研制水下视频图像压缩编码与传输系统。 本论文的主要目的是设计一个水下视频图像压缩编码与传输系统,基于SOPC技术,实现水下视频图像的实时采集、视频图像的高压缩比编码与视频图像数据实时传输。 本设计中选择的视频图像压缩编码算法,针对于水下视频图像的特点,如水下采光条件差、图像颜色种类少、图像对比度低,压缩算法可以达到250:1~500:1的压缩比,而且编码算法易于硬件仿真与实现。采用了Matlab/Simulink、DSP Builder的设计流程,便于算法级的建模仿真与硬件时序仿真实现,提出了基于硬件实现的编码方案。 设计了基于FPGA+DSP的视频主板,采用六层板工艺,主板设计尺寸是178mm*75mm。视频主板电路包括水下视频图像采集模块、FPGA核心板插座、DSP及其外围视频处理模块、硬盘接口、VGA显示接口、SD卡接口、232/485数据传输接口、芯片存储模块、电源模块和其他控制输出端口。目前该主板已经焊接完成并调试通过。采用了FPGA+DSP的设计思想,集成了逻辑器件和数字信号处理器各自的优势,设计了两者之间的总线接口逻辑,实现两者间的高速数据传输,提高了系统的性能。提出了基于硬件实现的视频图像压缩编码方案,主要包括四部分:编码逻辑运算设计、地址发生器设计、外围设备驱动逻辑设计和NIOS软核程序设计。编码逻辑运算设计是核心,它包括几种编码运算,如预处理中的提升小波变换,帧内编码中的DPCM熵编码和帧间编码的查找匹配块运算等,对这些基本的编码算法分别进行Simulink建模与仿真,并且转换成Quartus工程进行时序仿真验证。最后,对论文所做的工作进行了总结,并对下一步工作进行了展望。
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