基于FPGA的微型无线图像采集传输系统的研究

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近年来,随着无线通信技术、嵌入式技术、传感器技术和半导体技术的飞速发展,设计低成本、小体积、可重配置的无线图像采集传输系统成为可能。本课题针对医疗急救现场的图像信息交互应用,设计了一款基于FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的微型无线图像采集传输系统。该系统可以采集、压缩急救现场的图像信息,并通过无线通信网络将信息传输到急救指挥中心。专业医生根据这些信息,给现场急救人员提供专业的急救建议,从而大大提高医疗急救的质量和效率。 论文提出了医疗急救现场信息交互系统的整体构架,并对系统的整体设计需求进行了分析,重点介绍了微型无线图像采集传输系统的总体结构、各部分的总体设计思路和工作原理。 在对JPEG图像压缩标准进行分析和研究的基础上,利用FPGA的高速并行运算能力,采用VerilogtHDL硬件描述语言设计了JPEG图像压缩硬件加速电路,并对电路的功能和时序进行了仿真验证。实验结果证明JPEG图像压缩硬件加速电路各模块设计正确。 论文研究了Avalon总线接口规范,并为JPEG图像压缩硬件加速电路设计了Avalon总线接口和相应的硬件驱动程序,使之在SOPC(System On Programmable Chip,可编程片上系统)中可以作为JPEG图像压缩IP核(Intellectual Proporty Core,知识产权核)来使用。仿真实验证明:JPEG图像压缩IP核设计正确,并可成功挂载到SOPC系统中,作为一个IP核来使用。 此外,论文分析了几种短距无线通信协议标准的结构和特点,并在此基础上设计了一种非标准的短距无线通信协议。协议采用自动调频、自动应答和自动重发机制提高通信的稳定性。实验结果表明:在正常条件下,无线通信模块可完整、准确、稳定地实现无线数据收发功能。 最后,论文对设计的JPEG图像压缩IP核和无线通信模块进行了联合验证。实验证明:在发送端,系统能够成功的利用IPEG图像压缩IP核对图像进行压缩,并通过nRF24L01非标准无线通信协议准确、完整、稳定地传输码流数据。在接收端,系统能够准确、完整、稳定地接收码流数据。在加上相应的JPEG头文件后,压缩码流可在PC机上正确解码。
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