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基于FPGA的多路视频合成和增强处理算法的设计

作　者: 胡胜
导　师: 俞立; 陈朋
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制工程
关键词: FPGA 多路视频合成 视频图像增强 实时性
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要


视频监控技术已经广泛应用在安防、交通和航空等领域,多路视频合成和增强作为视频监控中的一项基本技术,直接关系到视频监控系统能否正常工作。针对传统的视频处理方法无法满足多路视频实时处理的情况,并在分析了FPGA硬件并行性的特点以后,采用FPGA来完成多路视频处理,可以保证多路视频的实时性。因此,基于FPGA的多路视频合成和增强处理算法的设计具有重要的应用价值。本文在分析了数字视频信号的特点及FPGA的基本结构和开发方法后,针对FPGA适合数据量大、并行算法结构的特点,设计了一种基于FPGA的来完成多路视频合成和增强处理的具体实现方案,完成的主要工作和取得的成果如下：(1)分析了BT.656视频数据协议,介绍了基于FPGA的视频处理技术,分析了在视频处理过程中如何使用FPGA的并行处理技术和缓存技术。(2)设计了在FPGA上实现四路CIF视频合成一路D1视频的具体实现方案。完成FPGA内部所有模块的设计,包括输入检测模块、异步FIFO、超级帧检测模块、DDR2控制器、视频读写控制模块和BT.656编码模块；在实际硬件平台上验证了设计的正确性,然后分析设计中FPGA的资源使用情况和功耗大小。(3)对合成以后的一路D1视频在FPGA上完成图像增强处理。对比分析了多种视频图像滤波算法,并用实验证明了多级中值滤波具有良好的保留图像细节的特性；设计了多级中值滤波算法和拉普拉斯锐化算法的逻辑结构,并用Verilog语言对算法的逻辑结构进行了描述,然后在Xilinx的FPGA上完成算法的逻辑综合和硬件测试。结果表明,整个设计方案利用FPGA实现了硬件并行和流水线技术,保证了视频的实时处理。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文主要研究内容  12-13
  1.4 本文的结构安排  13-14
第2章 数字视频信号及FPGA技术  14-27
  2.1 数字视频信号  14-18
    2.1.1 数字视频信号的采集  14-15
    2.1.2 数字视频的格式  15-16
    2.1.3 IUT-R BT.656标准  16-18
  2.2 FPGA技术  18-24
    2.2.1 FPGA的基本结构  18-20
    2.2.2 FPGA的设计流程  20-22
    2.2.3 FPGA的设计思想和方法  22-23
    2.2.4 ISE集成开发环境  23-24
  2.3 基于FPGA的视频处理技术  24-26
    2.3.1 并行处理技术  24-25
    2.3.2 缓存技术  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 基于FPGA的多路视频合成设计  27-50
  3.1 多路视频合成方案的需求分析  27-29
    3.1.1 方案的总体需求分析  27
    3.1.2 视频处理芯片的选择  27-28
    3.1.3 视频解码芯片的选择  28-29
  3.2 设计方案的实现平台  29-31
    3.2.1 方案实现的硬件平台  29-30
    3.2.2 平台的工作流程  30-31
  3.3 FPGA的硬件实现  31-45
    3.3.1 FPGA整体的逻辑设计  31
    3.3.2 输入检测模块  31-32
    3.3.3 异步FIFO  32-33
    3.3.4 超级帧检测模块  33-36
    3.3.5 DDR2控制器  36-38
    3.3.6 视频读写控制模块  38-42
    3.3.7 BT656编码模块  42-45
  3.4 验证与设计分析  45-48
    3.4.1 验证方法和实验结果  45-46
    3.4.2 设计分析  46-48
  3.5 本章小结  48-50
第4章 视频图像增强及FPGA实现  50-64
  4.1 视频图像滤波  50-55
    4.1.1 均值滤波  50-51
    4.1.2 高斯滤波  51-52
    4.1.3 中值滤波  52
    4.1.4 多级中值滤波  52-54
    4.1.5 滤波算法的对比分析  54-55
  4.2 视频图像锐化  55-57
    4.2.1 拉普拉斯锐化  55-56
    4.2.2 梯度锐化  56-57
  4.3 FPGA的硬件实现  57-61
    4.3.1 3×3窗口的设计  58-59
    4.3.2 图像边缘检测  59-60
    4.3.3 滤波算法的设计  60
    4.3.4 拉普拉斯算法的设计  60-61
  4.4 实验结果与分析  61-62
  4.5 本章小结  62-64
第5章 总结与展望  64-66
  5.1 研究工作总结  64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读学位期间参加的科研项目和成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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