基于SOPC技术的水下视频数字传输系统的设计

• 作 者: 李绍光
• 机 构: 中国海洋大学
• 出 处: 中国海洋大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: SOPC DSP Builder 视频压缩 小波变换 水声通信

本论文旨在研究设计一台用于水下环境的,集视频实时采集、视频高压缩比压缩和视频实时传输功能于一体的数字视频传输系统。我国是一个海洋大国,海洋国土面积300多万平方公里。海洋中蕴含着丰富的资源,在我国可持续发展中,海洋的作用越来越突出。要对海洋资源进行探索研究,就需要采集水下的视频图像信息,而海洋的复杂环境决定了完成这项工作的难度和复杂性。因而,开展水下视频无线传输的研究,在国民经济和军事上都具有重要的价值和意义。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。而高效的视频图像压缩技术有可细分为高效的视频图像压缩算法和高效的视频压缩电路,而后者就是本文的主要研究内容。本文设计的水下视频数字传输系统按照功能划分为三大功能模块:视频采集模块、视频压缩模块和视频传输模块。本系统使用先进的SOPC技术,对各功能模块设计IP核化和“自顶向下”的设计理念,符合技术发展要求、切合研发、调试的实际,利于系统的升级与维护。在视频采集模块中,完成了摄像头和SAA7113H的IP核控制器的编写工作;在视频压缩部分,在对先进的视频压缩编码技术进行简单回顾并介绍了一种针对水下视频特点提出的高效压缩编码技术,其压缩比可达到250:1~500:1。随后,针对算法结构的特点,研究了水下视频高压缩比编码算法的硬件实现,提出了基于FPGA的DSP开发方案,并通过DSP Builder、ModelSim等EDA工具完成了部分硬件实现任务。在视频预处理算法中,完成了5/3离散提升小波变换的正变换、逆变换的模型搭建和仿真实验;在帧内编码算法中,完成了DPCM编码的模型搭建和仿真验证;在帧间编码算法中,完成了查找匹配块的算法的模型搭建和仿真实现。积累了大量算法硬件实现的设计经验,为进一步提高压缩编码算法的硬件化程度奠定了基础。最后一部分,针对所搭建系统双FPGA双NIOS协同工作的特点,进行了传输接口设计,为将来与水声节点的模块对接提供了良好的软、硬件接口。最后,对与论文工作进行了总结,并对研究的进一步工作进行了展望。