基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法

为提高机载视频编码系统的数据采集及预处理性能,以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,研究了多模式机载视频采集、颜色空间转换和视频数据传输的高效处理方法.针对机载应用需要实时采集不同模式视频的特点,设计了一种可靠的视频采集策略,通过引入错误自检机制,可以实时监测视频采集的正确性,避免视频数据的错误积累;针对机载视频颜色空间转换预处理中浮点乘法浪费计算资源和增加系统功耗的问题,设计了一种基于高低位分离的截断式查找表乘法器,减少了存储空间和计算位宽,结合流水线处理技术实现了一种高效视频颜色空间转换方法,在保证计算精度和性能的同时,处理功耗最大降低了27%;针对FPGA处理器与系统核心编码处理器(DSP)之间存在大量视频数据的频繁传输特点,结合SRIO(Serial Rapid I/O)链路的传输方式,设计了一种以FPGA为控制核心的数据交互机制,减轻了DSP的处理负担使其专注于视频编码运算,提高系统性能.      

一种面向矢量视频处理器的并行存储结构

视频编解码算法不仅复杂度非常高,对数据存储需要密集的矢量化访问.针对这一问题提出了一种线性斜移结构的二维存储方案,支持任意行或任意列的单指令存取,与SIMD(Simple Instruction Multiple Data)结构的矢量处理器相结合,能够成倍的加速视频计算的执行效率.给出了该方案的地址计算逻辑和存储结构,精简的地址计算逻辑和数据重排逻辑构成了视频处理器的矢量地址产生单元,解决了数据重排的高延迟和高复杂度问题.结合H.264视频编码标准对这一结构的性能进行了分析和对比,对该编码标准中的运动估计,分像素插值和去块效应滤波这3个计算复杂度最高的模块在该结构下的执行效率进行了分析和对比.      

基于Hu相关滤波的光学卫星视频点目标跟踪

针对光学卫星视频运动目标跟踪问题进行研究,提出一种鲁棒的特征描述和匹配跟踪方法。引入相关滤波的思想,首先利用样本集的Hu不变矩和中值滤波,建立目标的跟踪模板并进行目标特征描述。然后,将目标跟踪的判断区域降维处理,建立判断区域的Hu置信模型。利用FFT推导了快速相关法,进而通过求得跟踪置信图最大值实现目标跟踪。针对跟踪轨迹采用卡尔曼滤波辅助和优化跟踪处理,提高算法的鲁棒性。试验数据采用SkySat和吉林一号拍摄的视频各两段,对5个点目标进行跟踪试验,跟踪精度优于90%,跟踪过程目标不丢失,且轨迹平滑。针对13×13的判断区域,与一般相关性方法相比,处理速度可提升约5倍。可为光学卫星视频点目标实现快速可靠跟踪提供技术基础。     

视频图像压缩技术的研究与应用

视频图像压缩技术是多媒体系统不可回避的关键技术。文章对ＱＩＦ制式标准的视频图像,以Ｐ×６４标准为核心进行了解码与压缩技术的研究。分析了变换编码、运动补偿、量化和变字长嫡编码对压缩效率与图像质量的影响,并对实时传输的视频图像进行了计算机解码分析。恢复的图像表明：解码是成功的,画面清晰,效果显著。在４８６微机上软件处理时间为平均为３ｓ／帧,进一步的硬件处理将有可能为实际使用。     

基于多DSP技术的SSR实时信号处理机

以4片数字信号处理器(DSP)和2片现场可编程逻辑阵列器件(FPGA)为核心处理器,设计 实现了二次监视雷达SSR(Secondary Surveillance Radar)实时信号处理机.该系统基于2 块DSP+FPGA模式的实时信号处理板,实现了对原始二次监视雷达应答信号的各种处理:反同 步窜 扰处理,反非同步窜扰处理,计算目标的方位、距离,进行目标的高度、代号解码以及实时 产生航管询问编码,并生成各种信息的统计报告.      

基于运动对象自动检测和查询的监控系统

针对现有的视频监控系统的缺陷,提出基于运动对象自动检测和查询的智能视频监控系统.利用帧间差的4次统计量的假设验证,自动检测运动对象.用形态学腐蚀和膨胀算子对检测的运动对象的二值图像进行处理,以提高检测运动对象的可靠性,降低误警率.为自动跟踪运动对象轨迹,提出检测块概念.依据检测的运动对象和事件,建立相应的监控信息标注数据库,进而由时间段、运动对象及场景中发生的事件来查询监控信息,实现"跳跃"式随机检索监控信息.实验结果证明提出的方法对实现智能的视频监控系统是有效且健壮的.      

一种面向无线视频流的包调度算法

以终端系统为研究对象,给出了一种端到端的无线网络视频流系统结构.在一个GOP(Group Of Picture)中,各个视频包VP(Video Packet)对视频解码质量影响不同,据此定义了视频帧 的重要性系数.在此基础上提出了一种基于视频帧重要性的无线视频流包调度算法WV SPSA(Wireless Video Streaming oriented Packet Scheduling Algorithm),该算法能够根据视频帧的重要性动态调整视频帧的发送次序.仿真结果表明,所提出的视频流系统结构合理,WVSPSA算法性能优于目前主流的EDF(Earliest Deadline First )算法.      

基于HTTP自适应流媒体传输的3D视频质量评价

3D视频网络服务的关键在于提高用户的体验质量（QoE）,而体验质量往往会由于网络环境的变化及视频内容的不同而受到影响。传统的2D视频传输可以采用基于HTTP的自适应流媒体（HAS）速率自适应机制有效地利用网络带宽,提高用户体验质量。因此对于如何利用动态自适应流媒体技术实现至少需要传输两路视频流的3D网络视频服务已经越来越被关注。HAS技术的关键在于媒体质量级别的动态转换策略,主要研究了3D视频中不同视点比特率的变化对用户观看体验质量的影响。首先,建立一个主观数据库探讨块级客观质量与3D视频的视觉体验质量之间的关系,块级客观质量将随着比特率的变化而变化。其次,提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的QoE模型,该模型可以通过块级客观质量有效地评估QoE,模型预测值和平均意见分（MOS）的皮尔森线性相关系数（PLCC）为0.906,可在自适应流媒体应用中为3D视频传输中不同视点的码率调整提供指导。      

带QoP反馈的实时视频服务质量控制框架

分析了实时视频在现有"尽力而为"IP网络上传输所面临的带宽、延迟和丢失等问题,介绍了需要采用的拥塞控制和差错控制等应用级服务质量控制策略,并提出了一种联合的支持应用级服务质量控制的实时视频传输框架.该框架既考虑了网络资源的动态变化和影响,又兼顾了视频的服务质量调整对视频的表现质量的限制因素,充分利用了服务质量和表现质量之间的映射关系,具有更广泛的实用价值.      

小型CPT原子钟的数字电路优化研究

CPT原子钟是一种体积小、功耗低、指标优的新型原子钟。本文对小型CPT原子钟数字滤波算法开展优化研究,采用CIC滤波器前端滤波,低阶FIR滤波器后端滤波。新滤波模块在保证相同的噪声抑制比的情况下,节约逻辑资源,降低整钟功耗。基于以上方案实现的滤波模块,获得了55dB的滤波效果,同时节省了约42%的FPGA逻辑资源。     

Monitoring atomic clocks on board GNSS satellites

A method for monitoring atomic clocks on board Global Navigation Satellites System (GNSS) satellites is described to address the issue of clock related signal integrity in safety–critical applications of GNSS. The carrier-phase time transfer is employed in the clock monitoring method which enables tight tracking of the satellite onboard clocks and thus improves detectability of clock anomalies. Detecting onboard clock anomalies requires the ability to monitor clocks in real time, and a Kalman filter can then be utilized to estimate the phase offsets between the satellite clocks and ground clocks. This study, using the difference between the measured and predicted phase offset as a test statistic, sets a threshold for clock anomalies based on the prediction interval approach. Finally the validity of the monitoring method is examined by processing a set of real GNSS data that includes two recent incidents of clock anomalies in GNSS satellites.     

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10~(-10)τ~(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。     

导航卫星的地面站定轨算法

导航星座轨道的长期保持是星座导航系统运营管理的重要组成部分,而现有的导航卫星地面定轨算法又存在精度不高或计算量大不适合工程应用的问题。为此,研究了单向、被动测量模式的导航卫星地面定轨算法。基于单向伪距观测,将导航卫星钟差参数作为状态量,推导了滤波算法的状态方程、测量方程,并最终建立了滤波器模型。以不同轨道面的4颗GPS导航卫星为例进行了2天的仿真试验,考虑卫星的可见性仿真中加入了测量中断,并设计在测量恢复后重启滤波算法。仿真结果表明,4颗卫星的轨道位置估计精度可以达到米级,钟差随机偏差的估计精度可以达到纳秒级,并且在滤波中断后重启滤波器,仍然可以达到此估计精度,表明此定轨算法具有收敛性和稳定性。     

低复杂度自适应容积卡尔曼滤波算法

确定采样型滤波算法中的容积卡尔曼滤波（CKF）算法滤波性能优良,但是却难以克服目标模型不确定性或者目标状态突变带来的影响。构造强跟踪CKF能有效改善算法的自适应性,但是在求解渐消因子时大大增加了计算量。为此,提出一种低复杂度自适应CKF算法,通过设立基于新息的自适应修正判决准则和修正方式,直接对状态预测值进行修正,使滤波算法能及时跟上目标真实状态,以提高滤波精度。使用浮点操作数计算并分析了CKF算法、强跟踪CKF算法及所提算法的复杂度,同时将3种算法应用在建模不准确的目标跟踪中,并进行仿真验证。仿真结果表明:在目标建模不匹配的情况下,低复杂度自适应CKF算法和强跟踪CKF算法都能保持较好的滤波精度和数值稳定性,同时所提算法在算法复杂度上有明显改善。      

基于GL Studio的计量检定仿真系统的开发

为了解决检定人员实际操作培训困难的问题,运用GL Studio开发出基于真实仪器照片的计量检定仿真系统。设计了计量检定仿真系统的通用框架结构,开发了可重用的各种仪器模型,实现了对仪器面板及其实际检定操作过程的仿真。该仿真系统以XML文件来描述计量检定过程和检定资源,具有通用性强,可扩展性好,场景模型逼真度高,交互性好等优点,可广泛用于各种计量检定操作的仿真系统的开发。     

基于SRCKF的多传感器融合自适应鲁棒算法

为解决模型误差和异常量测值发生时平方根容积卡尔曼滤波（SRCKF）算法滤波性能下降甚至滤波发散的问题,提出了一种多传感器融合自适应鲁棒算法。基于新息协方差匹配原则设计了鲁棒子系统以抑制量测异常值,同时为克服模型误差使用基于新息修正的低复杂度自适应SRCKF(LCASRCKF)算法设计了自适应子系统,根据2种子系统的特点和局限提出全局融合架构,使系统可以充分平衡并利用滤波过程中先验的模型预测值信息和后验的量测值信息,最终降低估计误差。仿真结果表明：相比鲁棒多渐消因子容积卡尔曼滤波（RMCKF）等算法,所提融合算法在滤波精度、稳定性和收敛速度等方面有明显优势。