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基于FPGA技术的水下视频压缩编码器的研制

于涛  
【摘要】: 近年来,海洋资源的开发和国防建设技术内涵的延伸和功能的扩展给水下探测和信息处理带来了新的应用和发展空间,视频探测作为一种重要的水下目标探测识别的手段受到了广泛的重视,自主水下航行器(AUV)和水声通信技术的飞速发展进一步推动了人们对水下视频图像领域的研究。在视频探测系统中,如何将视频探测数据有效存储,或经由水声信道或无线电信道实时、有效地传输到图像处理系统是其中的基础和关键技术之一。 由于水声信道带宽严重受限特性及AUV图像数据存储空间有限等影响,使得视频图像压缩编码成为水下目标视觉识别应用的关键技术。小波变换具有较好的时频局部化性能和与人眼视觉特性相符合的多分辨率分析能力,因而被广泛应用于图像压缩中。而提升小波变换由于不依赖于傅立叶变换,在空间域就能完成小波变换,具有更适合硬件实现的特点。 本文根据水下目标视觉探测识别应用的需要,详细比较和论证了水下视频压缩编码器设计和实现方案,并最终确定了采用基于FPGA的DSP开发平台,利用SOPC技术进行软硬件协同设计,以满足数据处理高速、灵活性和通用性的目标。论文首先分析了水下视频图像的特点和水声信道传输的特性,视频图像的采集,介绍了小波变换的基本理论及压缩算法的选取,然后针对选取的小波算法进行压缩系统的搭建。 论文的第一个重要研究内容是如何利用FPGA进行视频数据流的实时采集和存储,包括视频图像捕捉、解码、DMA控制器的设计以及软件程序设计等。 论文的第二个重要研究内容是基于提升小波变换的视频压缩算法的FPGA实现,运用Altera的DSP Builder开发工具进行设计,包括色度空间转变,提升小波变换,码书生成等模块IP核设计及软件编写等。 最后,根据本系统实际研究开发结果,总结分析了系统的特点,并对下一步设计工作进行了展望。


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