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基于多软核并行处理的数字图像处理算法的研究

作　者: 郎永辉
导　师: 林志琦
学　校: 长春工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 数字图像处理并行处理离散余弦变换
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 141次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章绪论  7-10
  1.1 研究背景及意义  7
  1.2 国内、国外研究现状和发展前景  7-9
    1.2.1 国内外研究现状  7-8
    1.2.2 发展前景  8-9
  1.3 本文研究主要内容  9-10
第二章并行处理及数字图像处理技术  10-18
  2.1 数字图像处理简介  10-13
    2.1.1 数字图像处理问题和应用  10
    2.1.2 图像表示和建模  10-11
    2.1.3 图像增强  11
    2.1.4 图像复原  11-12
    2.1.5 图像分析  12
    2.1.6 由投影重建图像  12
    2.1.7 图像数据压缩  12-13
  2.2 并行处理技术  13-17
    2.2.1 并行处理技术-概念  13
    2.2.2 并行处理技术的形式——三种形式  13-14
    2.2.3 并行计算机  14
    2.2.4 策略及定义  14-15
    2.2.5 并行软件  15-16
    2.2.6 并行图像处理  16-17
    2.2.7 并行处理技术发展概况  17
  2.3 本章小结  17-18
第三章 EDA工具及芯片外围电路设计  18-37
  3.1 XILINX FPGA简介  18-20
    3.1.1 XILINX FPGA CLB  18
    3.1.2 XILINX FPGA BRAM  18-19
    3.1.3 BRAM写入模式  19-20
    3.1.4 避免冲突  20
    3.1.5 硬件FIFO支持  20
  3.2 ISE及SYSTEM GENERTOR  20-23
    3.2.1 ISE Design Suite10.1介绍  20-22
    3.2.2 嵌入式设计和DSP设计工具集成  22
    3.2.3 System Generator简介  22-23
    3.2.4 System Generator的主要特征  23
  3.3 MATLAB  23-27
    3.3.1 MATLAB的发展史及特点  24-25
    3.3.2 MATLAB语言特点  25
    3.3.3 MATLAB功能  25-26
    3.3.4 Simulink简介  26-27
    3.3.5 MATLAB的第三方支持  27
  3.4 FPGA外围电路设计  27-36
    3.4.1 FPGA相关电路设计知识  27-29
    3.4.2 主串模式——最常用的FPGA配置模式  29-31
    3.4.3 SPI串行Flash配置模式  31-34
    3.4.4 从串配置模式  34-36
    3.4.5 JTAG配置模式  36
  3.5 本章小结  36-37
第四章离散余弦变换的多软核设计与仿真  37-49
  4.1 离散余弦变换(DCT)  37-40
    4.1.1 离散余弦变换简介  37-38
    4.1.2 一维离散余弦变换  38-39
    4.1.3 二维离散余弦变换  39
    4.1.4 DCT与FFT的关系  39-40
  4.2 一维离散余弦变换(DCT)建模  40-44
    4.2.1 System Generator设计流程  40-41
    4.2.2 一维离散余弦变换的System Generator设计  41-42
    4.2.3 子模块分析  42-44
  4.3 模块仿真分析  44-48
    4.3.1 模块仿真数据验证  44-45
    4.3.2 模型生成Verilog代码  45-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章全文总结与展望  49-50
  5.1 全文总结  49
  5.2 展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-54
攻读学位期间的研究成果  54-56
附录  56-64

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