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1、西安电子科技大学硕士学位论文基于PCI的数据采集系统的研究与实现姓名：陈健申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：吴成柯20040101摘要摘要随着计算机技术和通信技术的迅速发展， 数字图像和视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用。而高速数字信号处理技术( D S P ) 和超大规模集成电路技术 ( V L S I ) 的发展使实时的视频压缩和传输成为可能。本文介绍了作者在静止图像采集、 压缩、 传输及其硬件实现方面的工作。 研究了J P E G 2 0 0 0 标准中的5 - 3 整数提升小波变换，并在此基础上提出了5 - 3 小波正变换的硬件实现方案。研究了数据传输中的 P C I
2、 的传输机理和具体实现方法，并在 该建议的 基础上提出了 一种基于硬件实现的图 像采集系统结构。论文的主要内容包括: I 5 - 3 整数提升小波的计算精度、 运算复杂度和硬件资源之间的关系。 I I P C I 的数据传输原理， 外部主机如何控制从属设备以及如何进行 数据交换。I I I 配置视频解码器 S A A 7 1 1 4 H ，实现模拟 C C D摄像头模拟数据到数 字数据的转换，实现采集的功能。 I V用 F P G A、S A A 7 1 1 4 H和集成P C I 接Q 的 D S P 实现图像的 采集、 压缩以 及从采集板到主机的传输。 关键字:视频解码 小波变换 数字信号
3、处理 硬件 F P G AAb s t r a c tWit h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r a n d c o m m u n i c a t i o n s , d i g i t a l v i d e o h a s p l a y e d a m o r e a n d m o r e i m p o r t a n t r o l e i n t h e i n f o r m a t i o n s o c i e t y . A n d t h e h i g h - s p e e dd
4、i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r ( D S P ) a n d v e ry l a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n ( V L S I ) m a k e t h ep o s s ib i l i t i e s o f v i d e o c o m p r e s s i o n a n d t r a n s m i s s i o n .I n t h i s p a p e r , t h e a u t h o r i n t r o d u c e s t h e w o r k
5、o n t h e s t i l l i m a g e a c q u i s i t i o nc o m p r e s s i o n t r a n s m i s s i o n a n d th e i r h a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o n . We s t u d y t h e 5 - 3 i n t e g e rl i ft i n g D i s c r e t e Wa v e l e t T r a n s f o r m a t i o n ( D WT ) i n t h e i m a g e c o m
6、 p r e s s i o n s t a n d a r d o fJ P E G 2 0 0 0 , a n d g i v e t h e h a r d w a r e s t r u c t u r e o n t h e 5 - 3 w a v e l e t t r a n s f o r m a t i o n . T h e b a s i c t h e o r y a n d t h e h a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e P e r i p h e r a l C o m p o n e n t
7、I n t e r f a c e( P C I ) a r e o f f e r e d i n t h i s t h e s i s . O n t h e g r o u n d o f t h e J P E G 2 0 0 0 a n d P C I , w e i n t r o d u c e ah a r d w a r e s t r u c t u r e o n t h e i m a g e a c q u i s i t io n s y s t e m .T h e m a in c o n t e n t s o f t h e p a p e r a r e
8、 :I t h e r e l a t io n s h i p o f t h e a c c u r a t e n e s s o f c a l c u la t i o n , c o m p l e x it y o f c a l c u la t i o n a n dh a r d w a r e r e s o u r c e s o f t h e 5 - 3 D WT ; I I t h e b a s i c t h e o r y o f P C I d a t a t r a n s m i s s io n , t h e c o n t r o l l i n
9、 g o f t h e h o s t t o c l i e n t a n d t h e d a t a e x c h a n g i n g ; I I I c o n f i g u r a t i o n o f t h e v i d e od e c o d e r S A A 7 1 1 4 H t o i m p l e m e n t t h e t r a n s f o r m a t i o n o f t h e a n a l o g t o t h e d i g i ta l i m a g e ;I V i m a g e a c q u i s i
10、t i o n , c o m p r e s s i o n a n d t r a n s m i s s i o n f r o m t h e h o s t t o t h e a c q u i s i t io n b o a r d b y t h e c o m p o n e n t o f F i e ld P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y ( F P G A ) , D ig i t a l S i g n a lP r o c e s s o r ( D S P ) w i t h t h e c o n t r o
11、l le r o f P C I a n d v i d e o d e c o d e r S A A 7 1 1 4 H .K e y w o r d s : v i d e o d e c o d e r , w a v e l e t t r a n s f o r m, D S P , h a r d w a r e , F P G AY5 8 3 8 9 5创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其它人己发表或撰写过的研究成果:也不包含为获得西安电子科技大学 或其它
12、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。本 人 签 名 : A , 健日 M : 2 -n夺) . 0关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即:学校 有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定)本 人 签 名 :琢 花日期:导师签名日期:丫叭、 。良 N 华 . / . l 0基于P C I 的数据采集系统的研究与实现第一章 绪论 【 摘 要】 本章首先对图 像通信作
13、了简单的回顾， 总结了图 象编码的发展历史和现状， 并针对该领域的若干前沿方向 进行了简要的评价与展望， 然后简要阐述了本人在 图象编码硬件实现方面所做的工作。 1 . 1引言随着计算机技术、 现代通信技术、微电子技术、网络技术和信息处理技术的 发展，在人类社会进入信息化时代的今天，图像信息的处理、存储和传输在社会 生活领域和国防领域中的作用越来越突出，人们对接受图像信息的要求也越来越迫切。己经可以断言，图像通信将是通信事业发展中面临的最大挑战，也是未来 通信领域的市场热点之所在。由于图像数字化以后的数据容量庞大，在传输、存储以 及各种处理加工过程 中都遇到了许多难以克服的困 难。以P A L
14、制 ( 2 5 帧/ 秒)的视频信息为例，如果每帧具有中等分辨率 ( 6 4 0 X 4 8 0 个像素点) 、 真彩色 ( 每像素用 2 4 位信息来描述)的图像，则每帧数据量为7 . 3 7兆位，并且要求传输速率大于 1 8 4兆位/ 秒。这种 高比特率、大容量的要求，使得现在以至将来很长一段时间内的信道带宽和存储容量都捉襟见肘。因而，高效图像数据压缩技术成为信息时代的迫切要求。从四十年代末开始，图像编码技术已走过了半个多世纪的发展历程。从土 。 、六十年代基本方法的探讨，到七十年代早期可视电话的研究，使得这一领域中有了长足进展，许多基本的思想和方法都相继提出。到8 0 年代前后，顺应信息
15、化的 大趋势，面向各种应用的开发研究大力开展起来。进入9 0 年代以后，国际上致力于标准化的工作，先后制定了一系列静止和视频图像编码标准，如用于二值图像 的J B I G标准，用于静止图像的J P E G标准和J P E G 2 0 0 0 标准，以及用于视频存贮和传输的M P E G - I , M P E G - I I 标准。近年来，由于航天遥感、多媒体、综合业务数字网 ( I S D N)与大众传播技术具有广阔的应用领域和发展前景，与其息息相关的数据压缩技术亦发展很快。尤 其是随着数字信号处理技术、数字图像处理技术、超大规模集成电 路 ( V L S I )技 术和现代数字通信技术的迅
16、速发展，图像数据压缩技术也取得了长足进展。表现在:各种经典压缩算法逐渐走向成熟、实用化和标准化，符合各种国际标准的硬 件芯片不断问世;同时，在经典压缩方法的基础上，新的算法也不断涌现出来并在工程实践中逐步得到应用。互 1 . 2图像压缩编码技术的研究进展第一章 序论图像压缩编码的目的是在保证图像质量的前提下， 用尽可能少的比特数来表 示数字图像中所包含的信息。从信息论的角度来讲，图像压缩编码属于 “ 信源编 码” 。图像信息之所以能够压缩，在于原始图像中存在着大量的信息冗余，如时间 冗余、空间冗余、信息嫡冗余、谱间冗余、几何结构冗余、视觉冗余和知识冗余 等等。图像编码技术是在信道和存储容量有限的条件下，解决由于图像数据量庞大带来的存储和传输困难的主要措施，在军事和民用的许多领域中都具有重要的研究价值。1 9 4 8 年， S h a n n o n 和他的两个学生O l i v e r 与P i e r c e 联合发表了对电视信号进 行脉冲编码调制 ( P C M)的论文，标志着数字图像压缩编码技术的开端。1 9 6 9 年 在美国 举行的 首界“ 图 像编 码
