時(shí)間：2022-04-22 00:10:20
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關(guān)鍵詞馬鈴薯;貯藏;問(wèn)題;對(duì)策;陜西漢中
馬鈴薯是漢中地區(qū)繼玉米、水稻之后的重要糧飼作物,曾在為該區(qū)廣大人民解決溫飽問(wèn)題和脫貧致富作出了巨大的貢獻(xiàn)。近年來(lái),隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,政府已經(jīng)將馬鈴薯定位為支柱產(chǎn)業(yè)進(jìn)行發(fā)展[1],每年栽種馬鈴薯2萬(wàn)hm2左右,年產(chǎn)量約40萬(wàn)t。隨著馬鈴薯播種面積和產(chǎn)量的不斷增加,馬鈴薯貯藏過(guò)程中的存在的問(wèn)題不斷顯現(xiàn),如何科學(xué)有效地進(jìn)行貯藏[2-3],減少損失,是目前亟需解決的問(wèn)題。
1馬鈴薯貯藏對(duì)環(huán)境條件的要求
1.1溫度
在馬鈴薯貯藏初期,有約10d愈傷期,應(yīng)將溫度保持在15~20℃范圍內(nèi),濕度90%。馬鈴薯的機(jī)械傷口形成具有保護(hù)作用的皮層,阻止氧氣進(jìn)入,也可控制水分的散失及各種微生物的侵入,有利于貯藏,以后應(yīng)將溫度控制在0～3℃。
1.2濕度
相對(duì)濕度85%～90%最為適宜。濕度太小塊莖的重量會(huì)出現(xiàn)很大損耗,而且會(huì)變軟和萎縮;濕度太大,則使塊莖過(guò)早萌發(fā)和形成須根,以及引起上層塊莖出汗,形成大量水滴,附著在塊莖表面,導(dǎo)致塊莖病害蔓延和腐爛。
1.3通風(fēng)
通風(fēng)可以調(diào)節(jié)馬鈴薯貯藏環(huán)境的溫、濕度,供給氧氣,排除CO2,防止塊莖出汗和抑止微生物的活動(dòng)和繁殖。
1.4光照
光照能促使馬鈴薯發(fā)芽,能促使葉綠素以及茄堿苷的形成,薯塊照光或發(fā)芽后,茄堿苷含量急劇增高,對(duì)人畜均有強(qiáng)烈毒性。因此,馬鈴薯應(yīng)避光保存。
2貯藏中存在的問(wèn)題
2.1入窖質(zhì)量差
漢中地區(qū)由于馬鈴薯收獲期比較集中,時(shí)間緊迫,勞動(dòng)力不足,多數(shù)農(nóng)戶圖省事,不經(jīng)晾曬、挑選,直接將帶土的塊莖包括病、爛、傷薯一起入窖,泥土多造成通氣不暢,窖溫升高致使塊莖呼吸作用加強(qiáng),促進(jìn)了各種生理生化進(jìn)程,使塊莖提早發(fā)芽,降低了品質(zhì)。尤其是病爛塊莖,將各種病菌直接接種到薯堆內(nèi),成為發(fā)病的菌源[4-5]。
2.2不分品種、用途混合貯藏
漢中地區(qū)多數(shù)農(nóng)戶家只有1個(gè)貯藏窖(室),食用薯、種薯、商品薯和加工薯混合貯藏在一起,不僅造成品種的退化、混雜和病害相互傳播,影響品種特性;同時(shí)對(duì)保證食用品質(zhì)和保持加工價(jià)值極為不利,直接影響農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3貯藏期間缺乏管理
該區(qū)許多農(nóng)戶采用“自然管理”的方法,在貯藏期間,不檢查、不調(diào)整溫度和濕度,不通風(fēng)換氣,任其自然發(fā)展,很容易造成病傷、發(fā)芽等損失。另外,造成CO2氣體的大量積累,使薯塊的正常呼吸受到阻礙,薯芽窒息,以致影響出苗率,且易造成人入窖窒息,出現(xiàn)人身事故。
2.4貯藏窖建造不科學(xué)
該區(qū)地下水位較高,造成窖內(nèi)濕度過(guò)大,甚至出水。有些貯藏窖沒(méi)有通風(fēng)孔道,或通風(fēng)孔道設(shè)置不合理,因而無(wú)法調(diào)節(jié)貯藏窖內(nèi)溫濕度,更無(wú)法通進(jìn)新鮮空氣,導(dǎo)致貯薯塊受損害。
3對(duì)策
3.1做好田間病蟲(chóng)害防治,適時(shí)收獲
入窖塊莖的病斑和爛薯是貯藏的最大隱患,而病薯和爛薯都來(lái)自田間,因此,搞好田間病害的防治,是減少塊莖病斑和爛薯的最根本的辦法。及時(shí)有效地進(jìn)行田間馬鈴薯病害的藥劑防治,就可以大大降低病害感染率,入窖時(shí)就比較容易挑除病、爛薯,從而保證入窖馬鈴薯的質(zhì)量。適時(shí)收獲可以促進(jìn)薯皮老化,薯皮老化程度是決定薯塊是否耐貯的重要指標(biāo)。因此,必須采取措施,使收獲的塊莖表皮老化,以增強(qiáng)它的保護(hù)和抗傷害能力。
3.2嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),確保入庫(kù)質(zhì)量
入窖時(shí)嚴(yán)格控制入窖質(zhì)量,挑去傷、爛、病、蟲(chóng)蛀等薯塊,認(rèn)真搞好入窖前薯塊處理,做到薯皮干燥、無(wú)病塊、無(wú)爛薯、無(wú)傷口、無(wú)泥土及其他雜質(zhì)。為使薯皮干燥,在塊莖收獲出土?xí)r,短時(shí)間風(fēng)干,再運(yùn)回窖旁晾曬。對(duì)于食用和加工用薯則不能曝曬,晾干即可,對(duì)于種薯要挑出畸形和非本品種塊莖。入窖前可給薯塊噴灑殺菌防腐劑,殺死附著在塊莖表面的病菌,切斷菌源,挑選出爛薯,并清除薯塊上附帶的泥土,防止病害的擴(kuò)大和蔓延。
3.3分類貯藏
要做到分品種、分級(jí)別、分用途單窖(室)貯藏,便于按用途進(jìn)行相應(yīng)的管理,一般每戶應(yīng)建2個(gè)以上貯藏窖或一窖多室,保證貯藏薯的種性和商品性。對(duì)于以種薯生產(chǎn)為主的農(nóng)戶,單窖(室)貯藏可以保證用種的純度,沒(méi)有機(jī)械混雜,同時(shí)保持最適宜的溫濕度,適宜溫度應(yīng)保持在3~4℃,適宜濕度應(yīng)保持在90%左右;對(duì)于食用薯及商品薯而言,要黑暗貯藏,溫、濕度按照種薯標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié);對(duì)于加工馬鈴薯而言,溫度應(yīng)保持在8～10℃,以降低薯塊中還原糖含量。
3.4加強(qiáng)貯藏期間的管理
貯藏管理工作的重點(diǎn)就是通過(guò)調(diào)控溫、濕度及通氣狀況,創(chuàng)造最佳的貯藏環(huán)境和條件,防止薯塊過(guò)多的失水、傷熱、發(fā)芽等現(xiàn)象及病害的發(fā)生,降低損耗,保證其優(yōu)良品質(zhì)。窖內(nèi)要懸掛溫度計(jì)和濕度計(jì),定期檢查,了解溫度、濕度的變化情況,一旦發(fā)現(xiàn)不適宜狀況,及時(shí)調(diào)控,同時(shí)應(yīng)根據(jù)貯藏的不同時(shí)期和天氣狀況,及時(shí)調(diào)控溫濕度。為防止莖塊發(fā)芽,可以施用馬鈴薯抑芽劑,以達(dá)到保質(zhì)保鮮的目的。
3.5改進(jìn)貯藏窖,增加調(diào)控能力
借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),采用現(xiàn)代化保溫材料,建造容量大,機(jī)械化程度高,調(diào)控能力強(qiáng)的現(xiàn)代化貯藏窖,實(shí)行集中管理和貯藏,這樣不僅可以提高貯藏品質(zhì),減少損耗,而且還可以大大降低成本。也可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改進(jìn)貯藏窖的結(jié)構(gòu)和設(shè)施,增強(qiáng)調(diào)控能力,主要是增加自然通風(fēng)換氣設(shè)施,利用強(qiáng)制通風(fēng)換氣設(shè)備,根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力,可建造有風(fēng)機(jī)、主風(fēng)道、分風(fēng)道的水泥、磚石結(jié)構(gòu)的大中型現(xiàn)代化貯藏窖。
4參考文獻(xiàn)
[1]柯斧.秦巴山區(qū)馬鈴薯規(guī)范化高產(chǎn)栽培技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(19):103.
[2]宋吉軒,張敏,鄧寬平.貴州馬鈴薯貯藏現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及解決措施[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(30):9488-9489.
[3]韓秀蓉.馬鈴薯的貯藏[J].貯藏加工,2002(12):29.
0 引言
中文MARC是中國(guó)機(jī)讀目錄（China Machine-Readable Catalogue）的簡(jiǎn)稱，中文MARC的主要作用是將各類書(shū)目信息編目成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)可讀形式，便于讀者檢索以及各圖書(shū)情報(bào)部門(mén)之間交流書(shū)目。學(xué)位論文是高校大學(xué)生為獲取相應(yīng)級(jí)別學(xué)位而撰寫(xiě)的關(guān)于在校期間所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用或所完成的科研成果。
目前，我國(guó)各高校的學(xué)位論文大部分都是用中文撰寫(xiě)的，也有一小部分是用外文撰寫(xiě)的。高校圖書(shū)館將學(xué)位論文收藏至自建特色數(shù)據(jù)庫(kù)，就需要對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行編目，對(duì)學(xué)位論文編目時(shí)要保證編目產(chǎn)生的關(guān)于學(xué)位論文的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，以方便讀者檢索并利用學(xué)位論文。
1 中文MARC編目學(xué)位論文存在的問(wèn)題
高校圖書(shū)館對(duì)文獻(xiàn)資源進(jìn)行有效的分類標(biāo)引和主題標(biāo)引，并用相應(yīng)的著錄、編目格式使文獻(xiàn)資源的主要檢索項(xiàng)及特點(diǎn)形成書(shū)目的形式就是高校圖書(shū)館的編目工作[1]。學(xué)位論文編目的工作流程一般為：回溯編目―審校―典藏―貼書(shū)標(biāo)―入庫(kù)上架。學(xué)位論文作為一種特殊的文獻(xiàn)資源，其編目具有自己的特點(diǎn)：1）編目難度高。高校大學(xué)生研究的學(xué)術(shù)領(lǐng)域及學(xué)術(shù)方向繁多，其具體研究方向小而專，對(duì)非專業(yè)編目人員來(lái)說(shuō)，分類編目比較困難；2）編目工作量巨大。教育事業(yè)飛速發(fā)展，各高校每年都在擴(kuò)大招生，進(jìn)而各高校每年產(chǎn)出的學(xué)位論文數(shù)量激增，而高校圖書(shū)館編目人員有限，而且圖書(shū)館每年還要有其他書(shū)目入館需要編目，因此編目人員總的工作量非常大。3）學(xué)位論文撰寫(xiě)語(yǔ)種不統(tǒng)一。部分高校設(shè)有外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，這些學(xué)院的部分學(xué)生所撰寫(xiě)的學(xué)位論文所使用的語(yǔ)種一般為外文。
中文MARC是以UNIMARC為基本依據(jù)，根據(jù)我國(guó)出版物的具體情況制定的[2]。中文MARC機(jī)讀記錄字段區(qū)有如下10個(gè)功能塊：0―標(biāo)識(shí)塊；1―編碼信息塊；2―著錄信息塊；3―附注塊；4―款目連接塊；5―相關(guān)題名塊；6―主題分析塊；7―責(zé)任者塊；8―國(guó)際使用塊；9―國(guó)內(nèi)使用塊[3]。中文MARC通過(guò)對(duì)每個(gè)功能塊增設(shè)功能不同的多種字段及子字段、對(duì)每個(gè)字段又增設(shè)不同要求的標(biāo)識(shí)符的方式更為詳細(xì)的記錄文獻(xiàn)信息。
高校圖書(shū)館編目學(xué)位論文最終要達(dá)到的目標(biāo)是：1）精準(zhǔn)、全面、直觀的反映出學(xué)位論文所表達(dá)的科研成果，包括科研成果的領(lǐng)域，關(guān)鍵詞等信息。2）準(zhǔn)確標(biāo)引學(xué)位論文，形成規(guī)范數(shù)據(jù)，方便讀者進(jìn)行檢索。編目學(xué)位論文是讀者可以使用學(xué)位論文的前提和基礎(chǔ)，學(xué)位論文編目工作的質(zhì)量直接關(guān)系到讀者對(duì)學(xué)位論文的使用情
況[1]。因此，學(xué)位論文編目工作是高校圖書(shū)館工作中的一個(gè)重要分支，各高校對(duì)學(xué)位論文編目工作都很重視。但是由于學(xué)位論文本身具有的特殊性和中文MARC編目具有的高技術(shù)性，導(dǎo)致中文MARC在對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行編目的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，而這些問(wèn)題的出現(xiàn)直接影響了學(xué)位論文編目的質(zhì)量，進(jìn)而影響到學(xué)位論文在高校圖書(shū)館乃至整個(gè)學(xué)術(shù)界的正常流通。中文MARC在高校圖書(shū)館學(xué)位論文編目中存在如下問(wèn)題。
1）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。當(dāng)前我國(guó)使用比較普遍的中文MARC編目標(biāo)準(zhǔn)有兩種：一種是國(guó)家圖書(shū)館編寫(xiě)制定的全國(guó)圖書(shū)館聯(lián)合編目中心系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；一種是北京大學(xué)圖書(shū)館編寫(xiě)制定的中國(guó)高等教育文獻(xiàn)資源保障系統(tǒng)，即CALIS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[3]。雖然采用這兩種中文MARC編目標(biāo)準(zhǔn)編目的數(shù)據(jù)覆蓋面都很廣，共享性也比較強(qiáng)，但還是應(yīng)該將這兩種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，制定一套唯一的編目標(biāo)準(zhǔn)。有了唯一的標(biāo)準(zhǔn)，各高校圖書(shū)館在選擇編目系統(tǒng)時(shí)也不需要進(jìn)行比較，既方便了高校圖書(shū)館編目工作，也能使圖書(shū)信息流通更順暢。
2）標(biāo)引不規(guī)范。《中國(guó)圖書(shū)分類法》是高校圖書(shū)館編目分類的主要依據(jù)。由于部分高校圖書(shū)館還有自己編寫(xiě)的《圖書(shū)館編目分類細(xì)則》，并結(jié)合這兩個(gè)規(guī)范來(lái)進(jìn)行編目，因此在很多編目細(xì)則上出現(xiàn)了不一致現(xiàn)象。
3）著錄字段不完整。中文MARC編目雖然具有詳細(xì)的編目規(guī)則，但是不同的編目員對(duì)規(guī)則的理解會(huì)有所不同。在中文MARC著錄中，字段和指示符都有詳細(xì)的規(guī)定，如果出現(xiàn)指示符的漏著、錯(cuò)著都會(huì)直接影響到學(xué)位論文的檢索。
4）外文語(yǔ)種撰寫(xiě)的學(xué)位論文編目格式不統(tǒng)一。當(dāng)前我國(guó)圖書(shū)館使用USMARC對(duì)外文圖書(shū)進(jìn)行著錄，而有些圖書(shū)館認(rèn)為只有原版外文書(shū)籍才應(yīng)該用USMARC進(jìn)行編目，其余外文圖書(shū)應(yīng)該按中文MARC格式來(lái)著錄。因此，使用外文撰寫(xiě)的學(xué)位論文編目格式就出現(xiàn)了兩種，即USMARC格式和中文MARC格式。這種不一致的編目格式會(huì)嚴(yán)重影響到學(xué)位論文的網(wǎng)上共享，對(duì)數(shù)字圖書(shū)館的建設(shè)也有不利影響。
高校圖書(shū)館每年進(jìn)書(shū)量都很大，新進(jìn)圖書(shū)只有經(jīng)過(guò)編目才能入庫(kù)上架，讀者才能在館藏書(shū)目檢索系統(tǒng)中檢索到圖書(shū)，而高校圖書(shū)館專業(yè)的編目人員非常有限，因此就會(huì)出現(xiàn)非專業(yè)人員對(duì)圖書(shū)進(jìn)行編目，比如燕山大學(xué)圖書(shū)館學(xué)位論文的編目工作就是由勤工助學(xué)的學(xué)生來(lái)完成的。編目工作對(duì)人員專業(yè)要求比較高，編目細(xì)則又非常繁雜，雖然專業(yè)的編目人員已經(jīng)設(shè)定號(hào)學(xué)位論文編目格式，但是非專業(yè)人員在對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行編目的時(shí)候很容易就會(huì)出現(xiàn)漏著、錯(cuò)著的現(xiàn)象，而在對(duì)學(xué)位論文編目中出現(xiàn)的錯(cuò)誤只有非常專業(yè)的編目人員才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣就會(huì)導(dǎo)致很多編目過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤到最后都沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，從而影響到讀者對(duì)學(xué)位論文的檢索。
2 改進(jìn)與展望
關(guān)鍵詞：高速公路，視頻傳輸聯(lián)網(wǎng)，壓縮編碼，關(guān)鍵技術(shù)
在科技迅猛發(fā)展的今天，代表交通行業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)采用將傳統(tǒng)視頻模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化和編碼成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行各種功能的處理、傳輸、存貯和記錄的數(shù)字視頻技術(shù)的方式處理信息相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬方式來(lái)說(shuō)具有較大的優(yōu)勢(shì)及較高的性價(jià)比。也就是實(shí)現(xiàn)了高速公路省域數(shù)字聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，但與此相關(guān)的如何在較窄的帶寬上進(jìn)行視頻的可靠傳輸，又成為必須解決的問(wèn)題。數(shù)字化的視頻不經(jīng)過(guò)壓縮則占用的帶寬太寬。
一、壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展
視頻壓縮編碼的理論基礎(chǔ)是信息論?？萍颊撐摹嚎s就是從時(shí)域、空域兩方面去除冗余信息。壓縮編碼的目的就是要以盡量少的比特?cái)?shù)表征圖像，同時(shí)保持復(fù)原圖像的質(zhì)量，使它符合特定應(yīng)用場(chǎng)合的要求。不同的圖像編碼技術(shù)的研究一直遵循著兩條主線索不斷的展開(kāi)，一是對(duì)圖像信源特性的不斷認(rèn)識(shí):二是對(duì)人類視覺(jué)系統(tǒng)的不斷認(rèn)識(shí)。對(duì)兩方面的不斷深入研究，都推動(dòng)著圖像編碼技術(shù)的進(jìn)步。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，圖像編碼技術(shù)經(jīng)歷了兩代歷程，即考慮圖像信源統(tǒng)計(jì)特性的第一代圖像編碼技術(shù)和考慮人眼視覺(jué)特性及圖像傳遞景物特征的第二代圖像編碼技術(shù)。
第一代圖像編碼技術(shù)以信息論和數(shù)字信號(hào)處理為理論基礎(chǔ)，以Shannon的編碼理論為指導(dǎo)的，充分利用了圖像空域時(shí)域的相關(guān)性進(jìn)行壓縮編碼，目的是去除圖像信源數(shù)據(jù)中的相關(guān)性(數(shù)據(jù)冗余)。常見(jiàn)的有嫡編碼、預(yù)測(cè)編碼、變換編碼和矢量編碼等技術(shù)等已成為這類圖像編碼技術(shù)中的較成熟的經(jīng)典技術(shù)。它們已被現(xiàn)行圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)所廣泛采用。
第二代圖像編碼技術(shù)在利用人眼視覺(jué)特性及圖像傳遞景物特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合了模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)圖像學(xué)的方法。它突破了信息論的框架，充分利用人的視覺(jué)心理特性和圖像的各種特征對(duì)圖像進(jìn)行編碼，可以獲得很高的壓縮比。近幾年出現(xiàn)的小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的編碼方法已受到人們的高度關(guān)注。它們的最大特點(diǎn)就是引入了新的數(shù)學(xué)工具和理論，如小波理論、分形幾何理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論等。科技論文。新一代的圖像編碼技術(shù)主要有分形圖像編碼、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)的圖像編碼、模型編碼和小波圖像編碼。
二、壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)際上有很多圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，目前比較流行的三類視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，主要用于會(huì)議電視的H.261/263標(biāo)準(zhǔn)，用于運(yùn)動(dòng)圖像的M-JPEG標(biāo)準(zhǔn)和MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)。其中MPEG是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IEC下的一個(gè)制定動(dòng)態(tài)視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，它為視頻壓縮編碼技術(shù)的實(shí)用化作出了巨大貢獻(xiàn)。MPEG又包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4三個(gè)正式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我們知道，衡量一種壓縮技術(shù)的好壞的三個(gè)重要的指標(biāo)如下:
1、壓縮比要大。即壓縮前后所需的信息存儲(chǔ)量之比要大;
2、實(shí)現(xiàn)壓縮的算法要簡(jiǎn)單，壓縮、解壓縮速度要快，盡可能做到實(shí)時(shí)壓縮解:
3、恢復(fù)效果要好，要盡可能地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。
所以根據(jù)實(shí)際需求和應(yīng)用才能準(zhǔn)確衡量一個(gè)壓縮技術(shù)的好壞。通過(guò)比較可以得出，適于高速公路遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控的主要是MPEG系列。MPEG1主要應(yīng)用于碼率為1.2~2Mb/s的圖像壓縮，根據(jù)一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其圖像傳輸清晰度不能很好地滿足高速公路圖像傳輸?shù)囊?。而MPEG-2完全吸收了MPEG1所采用的壓縮編碼技術(shù)，同時(shí)性能加以擴(kuò)展，涵蓋了從常規(guī)圖像到HDTV等非常寬范圍內(nèi)的視頻壓縮業(yè)務(wù)。主要應(yīng)用于碼率為4~20Mb/s的高清晰度圖像編碼，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)由于采用了幀內(nèi)和幀間壓縮方法，簡(jiǎn)單地講是對(duì)每一幅圖像，稱之為幀，進(jìn)行即用一定的算法對(duì)幀自身、以及相鄰兩幀之間的冗余部分進(jìn)行去除。從而避免了將已有的信息再次傳遞給接收端，從而提高了壓縮效率，降低了傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬。另外采用MPEG-4壓縮算法其實(shí)也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，但是當(dāng)前基于這種算法的都是軟件的解決方案，沒(méi)有適合的硬件壓縮芯片，市場(chǎng)上暫時(shí)沒(méi)有單機(jī)的圖像傳輸編解碼器，還有待進(jìn)一步的發(fā)展完善。所以盡管對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像不斷有新的壓縮標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，但MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)在實(shí)用化方面己遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前面。綜上可知目前MPEG-2圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)在圖像質(zhì)量和圖像應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。
三、視頻編解碼器
（一）視頻編解碼器結(jié)構(gòu)
視頻編解碼器主要完成視頻圖像的編解碼工作，用于實(shí)現(xiàn)為遠(yuǎn)端監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像的遠(yuǎn)程傳輸，并通過(guò)現(xiàn)有通信系統(tǒng)接口及通道對(duì)視頻的編解碼參數(shù)進(jìn)行控制的設(shè)備。視頻編碼器為遠(yuǎn)端監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)使用的視頻壓縮傳輸設(shè)備，視頻解碼器為監(jiān)控中心使用的視頻解壓縮設(shè)備。科技論文。根據(jù)視頻數(shù)字輸出接口形式的不同，視頻編解碼器大致可以分為:NXEI接口和IP接口2種。
1、NXE1接口視頻編解碼器
這種視頻編碼器結(jié)構(gòu)主要包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、視頻壓縮模塊、復(fù)用電路及多El反向復(fù)用電路。外部輸入的模擬視頻信號(hào)通過(guò)BNC接口接入A/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成非壓縮的視頻數(shù)據(jù)。視頻壓縮模塊將這些非壓縮的視頻數(shù)據(jù)，以M-JPEG或MPEG-2方式進(jìn)行編碼壓縮，同時(shí)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼。編碼壓縮后的數(shù)字圖像信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)以及通過(guò)數(shù)據(jù)口接入的RS485控制信號(hào)和其他異步數(shù)據(jù)通過(guò)復(fù)用電路復(fù)用，然后再通過(guò)多E1反向復(fù)用電路復(fù)接到l-8個(gè)2M的E1接口上進(jìn)行傳輸。
視頻解碼器結(jié)構(gòu)主要包括D/A轉(zhuǎn)換模塊、視頻解壓縮模塊和分接電路及多E1反向復(fù)用電路。對(duì)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程為視頻編碼器的逆向處理。多E1反向復(fù)用電路從多個(gè)2M的E1接口上接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行分解，復(fù)原出數(shù)字圖像信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)據(jù)，并以M-JPEG或MPEG-2的相應(yīng)方式對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行解壓縮，還原出模擬圖像并輸出。
采用多El傳輸方式可以充分利用己有SDH通信網(wǎng)的資源，靈活分配帶寬，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源和對(duì)圖像的要求任意分配N個(gè)E1。一般情況下每路圖像使用3-4個(gè)El即可，最多使用4個(gè)E1也就夠了。由于El是SDH的標(biāo)準(zhǔn)接口，所以，在SDH通信體制下，使用簡(jiǎn)單、方便。
2、IP接口視頻編解碼器
IP接口視頻編解碼器在編碼方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上和NXEI接口視頻編解碼器基本相同，其差異主要是視頻數(shù)據(jù)輸入、輸出接口。IP接口視頻編解碼器視頻數(shù)據(jù)輸入、輸出接口采用10M以太網(wǎng)接口，滿足TCP/IP協(xié)議。其最大視頻帶寬為8M，另外2M用于傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。
(二)編、解碼器之間互聯(lián)
編、解碼器之間互聯(lián)既可通過(guò)E1接口，也可以通過(guò)10/100M以太網(wǎng)接口。這取決于通信系統(tǒng)所能提供的接口和所選用的編解碼器的數(shù)字接口?；ミB方式一般采用編解碼器一一對(duì)應(yīng)的方式。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，數(shù)字圖像所占用的帶寬取決于對(duì)圖像質(zhì)量的要求。由于高速公路的圖像主要是高速運(yùn)行的汽車(chē)，為保證圖像的連續(xù)性，防止拖尾和“馬塞克”現(xiàn)象。數(shù)字圖像所占用的帶寬一般為6-8M.對(duì)采用NXEI接口編解碼器，需要3-4個(gè)E1接口互連。對(duì)采用10M帶寬的IP接口編解碼器來(lái)說(shuō)，1個(gè)IP接口只能傳輸一幅圖像。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：NiosII，嵌入式，高清，視覺(jué)，單片機(jī)
總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)硬件分為：高清圖像采集板、NiosII核心板、單片機(jī)接口板三部分。軟件由NiosII和單片機(jī)軟件組成?？紤]到程序的標(biāo)準(zhǔn)化、可移植性，NiosII程序和單片機(jī)程序都使用標(biāo)準(zhǔn)C編寫(xiě)。
高清圖像采集
方案一用工業(yè)用高清鏡頭采集影像，再對(duì)模擬視頻解碼，得到高清視頻數(shù)據(jù)。解碼芯片可選AD的ADV7181C，10位集成多格式標(biāo)清高清視頻解碼器，四個(gè)10位ADC采樣速率最高110MHz，支持720p/1080i高清分量，最高對(duì)1024x768、70Hz（XGA）RGB圖形進(jìn)行數(shù)字化處理?？萍颊撐摹；騎I TVP5150AM1，超低功耗優(yōu)化架構(gòu)，工作狀態(tài)下功耗僅為113mW，只需一個(gè)晶振就能支持所有標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)I2C對(duì)亮度、對(duì)比度、飽和度、色調(diào)、銳度等控制，功能強(qiáng)大使用方便?；蝻w利浦SAA7114H，該芯片最多允許6個(gè)復(fù)合視頻輸入，顯示比例調(diào)整分辨率調(diào)整,解碼精度高支持視頻窗口縮放。科技論文。此方案成本高體積大。
方案二用高清圖像傳感器采集，直接輸出高清圖像數(shù)據(jù)。從芯片的性能指標(biāo)、價(jià)格供貨、技術(shù)支持、開(kāi)發(fā)難易程度等方面考慮，Omni公司的OV9712芯片較為合適。該傳感器為1/4”標(biāo)清高清CMOS圖像傳感器，像素尺寸3.0um，內(nèi)置OmniPixel3-HS技術(shù)，可提供WXGA（1280X800）分辨率、640x480、HD720p三種格式圖像，10bit彩色rawRGB并行圖像數(shù)據(jù)輸出，PLL鎖相環(huán)，高信噪比圖像質(zhì)量，鏡頭校正，畫(huà)面缺陷補(bǔ)償。該方案成本百元左右，硬件簡(jiǎn)單性能穩(wěn)定，符合實(shí)際要求。
設(shè)計(jì)OV9712采集電路時(shí)，要使用獨(dú)立電源，電路板上盡量減小信號(hào)線長(zhǎng)度及避免上下層平行布線，電源芯片放在板子外側(cè)。外圍器件盡量以O(shè)V9712要求參數(shù)一致，電路中模擬地與數(shù)字地分開(kāi)走線最后匯集一點(diǎn)。OV9712有效圖像傳感區(qū)域不在芯片中間位置，而是偏右偏上，為了使目標(biāo)圖像能處于畫(huà)面中心，繪制電路板時(shí)要注意調(diào)整芯片位置，具體尺寸參見(jiàn)OV9712器件手冊(cè)。
Nios核心板
FPGA芯片選型比較如下：
論文關(guān)鍵詞:直讀式電子壓力計(jì);單芯遠(yuǎn)距離傳輸;曼徹斯特碼;編碼;解碼
論文摘要:本文從現(xiàn)有存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)的技術(shù)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠采集、傳輸、分析的壓力計(jì)——直讀式電子壓力計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸方案和實(shí)施，并從技術(shù)需求分析、通訊方案選擇、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設(shè)計(jì)等方面，對(duì)直讀式電子壓力計(jì)數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)行了深入研究。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計(jì)在油田測(cè)井領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
一、引言
目前存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大油田高溫井下壓力和溫度的測(cè)量。存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)在工作過(guò)程中，儀器內(nèi)的單片機(jī)系統(tǒng)和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數(shù)字量形式存儲(chǔ)于電可改寫(xiě)型存儲(chǔ)器中，待測(cè)試過(guò)程完成后，再將壓力計(jì)返回地面，用專門(mén)配套研制的數(shù)據(jù)回放儀與壓力計(jì)連接，通過(guò)軟件和硬件接口通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產(chǎn)。
因此，為克服存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)的上述缺點(diǎn)，提高油田生產(chǎn)效率，提升電子壓力計(jì)在油田測(cè)井領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須研制在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠采集、傳輸、分析的壓力計(jì)——直讀式電子壓力計(jì)。
二、直讀式電子壓力計(jì)技術(shù)需求分析
（一）功能及主要技術(shù)指標(biāo)要求
直讀式電子壓力計(jì)實(shí)現(xiàn)井下壓力和溫度參數(shù)的測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)單芯鎧裝電纜實(shí)時(shí)傳送至地面解碼控制儀，主要技術(shù)指標(biāo)要求如下所示。
a) 壓力測(cè)量范圍：（0～30、45、60、80）MPa；壓力測(cè)量誤差： 0.04%F.S；
b) 溫度測(cè)量范圍：（-20～+150）℃， 測(cè)量誤差：±1℃；
c) 傳輸距離不小于6000m；通訊誤碼率1.0×10-7。
（二）基本方案及工作原理
直讀式電子壓力計(jì)由井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀兩部分組成，其中井下電子壓力計(jì)由壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)、編碼電路、數(shù)字通訊接口電路和裝載于單片機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計(jì)算機(jī)(油田配置)和相關(guān)工作軟件組成。
工作過(guò)程中，井下電子壓力計(jì)由地面解碼控制儀通過(guò)單芯鎧裝電纜提供能源，溫度和壓力傳感器分別將環(huán)境壓力和溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，該電信號(hào)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理，然后按一定周期經(jīng)數(shù)字通訊口輸出。井下電子壓力計(jì)和井上解碼控制儀之間通過(guò)單芯鎧裝電纜連接，解碼控制儀中通訊接口電路接收井下電子壓力計(jì)輸出的壓力和溫度數(shù)據(jù)，并經(jīng)解碼后輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。
三、數(shù)據(jù)傳輸方案選擇
設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點(diǎn)是傳輸距離短，通訊信道所占點(diǎn)號(hào)多，而串行通訊與之相反。根據(jù)井下電子壓力計(jì)與井上解碼控制儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，需選擇串行數(shù)據(jù)傳輸方式。
在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負(fù)的電壓跳變表示邏輯1。
在油田測(cè)井中，井下電子壓力計(jì)在井下采集大量信息，并傳送給地面解碼控制儀；但井下電子壓力計(jì)到地面解碼控制儀這段信道的傳輸距離較長(zhǎng)且環(huán)境惡劣，常用的NRZ碼不適合在這樣的信道里傳輸，而且NRZ碼含有豐富的直流分量，容易引起滾筒的磁化。曼徹斯特編碼方式使得信號(hào)以串行脈沖碼的調(diào)制方式在數(shù)據(jù)線上傳輸，和最常用的NRZ碼相比，消除了NRZ碼的直流成分，具有時(shí)鐘恢復(fù)和更好的抗干擾性能，這使它更適合于從井下到井上的信道傳輸，因而在井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀之間選用曼徹斯特編碼使數(shù)據(jù)傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠(yuǎn)。
四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設(shè)計(jì)
每一周期井下電子壓力計(jì)需將采集到的壓力和溫度兩個(gè)參數(shù)分別進(jìn)行曼徹斯特編碼方式輸出，井下電子壓力計(jì)與地面解碼控制儀之間按如下通訊協(xié)議進(jìn)行。
a) 壓力與溫度均以字為單位進(jìn)行傳送，先發(fā)送壓力字，后發(fā)送溫度字，一個(gè)壓力字和一個(gè)溫度字的組合稱為一個(gè)消息；
b) 每一個(gè)字由20位組成，第1～3位為3個(gè)起始位，第4～19位為16個(gè)數(shù)據(jù)位，第20位為奇偶校驗(yàn)位；
c) 壓力字3個(gè)起始位電平為先高后低，溫度字起始位為先低后高，高低電平均各占一位半，壓力字與溫度字校驗(yàn)位均采用奇校驗(yàn)；
d) 傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?.7292 kbps（175μs/位），傳輸一個(gè)消息共耗時(shí)3.5ms。為保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，井下電子壓力計(jì)同一消息在一個(gè)采樣周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送兩次，地面解碼控制儀根據(jù)校驗(yàn)位判斷每個(gè)字的正確性。
由單片機(jī)編程輸出兩路I/O控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波電路、運(yùn)放電路、整型電路后，產(chǎn)生曼徹斯特編碼雙相電平信號(hào)，并經(jīng)單芯鎧裝電纜送至地面解碼控制儀。為滿足曼徹斯特編碼格式及井下電子壓力計(jì)與地面解碼控制儀之間的通訊協(xié)議，井下電子壓力計(jì)軟件采用如下的編程方式輸出波形。
a）壓力字同步頭為262.5μs高電平后跟隨262.5μs低電平，溫度字同步頭為262.5μs低電平后跟隨262.5μs高電平；
b）若數(shù)據(jù)位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；
c）若數(shù)據(jù)位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；
d）校驗(yàn)位的波形產(chǎn)生方式與數(shù)據(jù)位相同。
五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設(shè)計(jì)
地面解碼控制儀需將井下電子壓力計(jì)輸出的曼徹斯特碼進(jìn)行解碼，并按通訊協(xié)議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下電子壓力計(jì)測(cè)得的壓力和溫度數(shù)據(jù)，即地面解碼控制儀中的解碼過(guò)程為井下電子壓力計(jì)編碼過(guò)程的逆過(guò)程。曼徹斯特碼解碼過(guò)程可分為如下三部分：
a) 同步字頭檢測(cè)，并辨別其為溫度數(shù)據(jù)還是壓力數(shù)據(jù)。
b) 對(duì)曼碼形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時(shí)鐘，并將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理使曼碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為非歸零二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
c) 將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
經(jīng)過(guò)幾千米鎧裝電纜傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)，幅度衰減到毫伏級(jí)，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數(shù)據(jù)傳輸無(wú)誤碼率。井下傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波電路、精密運(yùn)算放大器、雙D觸發(fā)器輸出曼碼波形給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的程序轉(zhuǎn)化為井下的壓力與溫度數(shù)字量。
六、試驗(yàn)結(jié)果
直讀式電子壓力計(jì)首臺(tái)產(chǎn)品完成廠內(nèi)試驗(yàn)后，到油田用8000m的鎧裝電纜連接井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀，將電子壓力計(jì)下放到井下6500m的深度，在溫度高達(dá)150℃、壓力為30～60 MPa的油井中測(cè)試壓力和溫度。在三次連續(xù)5個(gè)小時(shí)的測(cè)試過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，沒(méi)有出現(xiàn)丟點(diǎn)現(xiàn)象，誤碼率為零。
七、結(jié)束語(yǔ)
試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計(jì)通訊方案、通訊協(xié)議、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計(jì)在油田測(cè)井領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：RGB YCbCr FPGA 色彩空間轉(zhuǎn)換
中圖分類號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0023-01
1 常見(jiàn)色彩空間
我們主要介紹RGB和YCbCr色彩空間。RGB色彩空間是一種常用的色彩空間。它可以實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的映射而不嚴(yán)重?fù)p失顏色信息。任何一種顏色都可以由三基色紅、綠、藍(lán)混合疊加而成。RGB三個(gè)分量彼此相互獨(dú)立，三個(gè)分量的值越小所代表的亮度越低。RGB色彩空間它所占用的帶寬和存儲(chǔ)量是很大的，如果使用該色彩空間進(jìn)行圖像傳輸，非常不利于圖像的處理。所以引入另一種色彩空間YCbCr。該格式的色彩空間是演播室編碼方案中使用的顏色模型。Y，Cb，Cr分別代表亮度、藍(lán)度分量和紅度分量。YCbCr色彩空間有以下優(yōu)勢(shì)。首先它的構(gòu)成原理符合人類的視覺(jué)感知過(guò)程，再次它可以實(shí)現(xiàn)亮度和色度的分離，由于人眼對(duì)亮度的變化更敏感，所以我們?cè)趥鬏攬D像時(shí)減小帶寬的同時(shí)引起的顏色損失小，人眼幾乎無(wú)法察覺(jué)。
2 總體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
基于FPGA的色彩空間的轉(zhuǎn)換過(guò)程可以描述為：首先通過(guò)CCD攝像頭進(jìn)行視頻圖像采集，采集來(lái)的RGB圖像為NTSC或PAL制式的，接著我們會(huì)把視頻數(shù)據(jù)送到解碼芯片TVP5150，它會(huì)將信號(hào)變?yōu)镮TU-R BT.656格式的數(shù)據(jù)流。我們選取的TVP5150芯片是和FPGA主控芯片集成在一個(gè)開(kāi)發(fā)板上，它的功耗非常低，芯片小巧利于便攜。視頻解碼芯片在對(duì)視頻信號(hào)處理之前總線會(huì)對(duì)其進(jìn)行配置。從解碼芯片出來(lái)的信號(hào)便進(jìn)入FPGA芯片，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、解交織等操作最終實(shí)現(xiàn)色彩空間的轉(zhuǎn)換。最后信號(hào)送到ADV7123芯片進(jìn)行編碼，并通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換芯片在VGA顯示器上顯示出來(lái)。
3 仿真與硬件驗(yàn)證
硬件部分我們采用了Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，該芯片內(nèi)部含有豐富的可編程邏輯資源，可以非常方便的完成相關(guān)乘法器的例化。在使用乘法器IPCore時(shí)，我們需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。硬件部分包括CCD攝像頭、FPGA主控芯片、視頻解碼芯片TVP5150、視頻編碼芯片ADV7123等。最終將VGA線和顯示器的VGA口相連接，便可以通過(guò)顯示屏觀察結(jié)果。
硬件實(shí)物圖如圖2所示。
軟件部分采用Quartusii 9.1進(jìn)行Verilog語(yǔ)言的編寫(xiě)，并進(jìn)行時(shí)序仿真。進(jìn)行時(shí)序仿真的結(jié)果圖3所示。
4 結(jié)語(yǔ)
生活中存在多種色彩空間，它們各自具有不同的特點(diǎn)。但是在很多情況下我們又得在它們之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這無(wú)論對(duì)于科研研究還是消費(fèi)市場(chǎng)都是很有必要的。本篇論文是通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的RGB色彩空間到Y(jié)CbCr色彩空間的轉(zhuǎn)換，采用的Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，利用其內(nèi)部豐富的可編程邏輯資源實(shí)現(xiàn)空間的轉(zhuǎn)換，并采用Quartusii 9.1進(jìn)行軟件編程與仿真，驗(yàn)證了模塊的功能。
參考文獻(xiàn)
[1] 唐曉燕，賈鋒，韓磊.基于FPGA的視頻顏色空間轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)[J].電子與電腦，2006（8）：47-49.
[2] 吳康，劉耀元，胡民山.用FPGA實(shí)現(xiàn)色彩空間RGB到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)換[J].南昌高專學(xué)報(bào)，2007，22（6）：140-142.
【關(guān)鍵詞】MP3；SOPC；Nios II；硬件實(shí)現(xiàn)
1.引言
MP3(MPEG Audio Layer3)是高品質(zhì)的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因其在音質(zhì)，復(fù)雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場(chǎng)，目前在便攜式設(shè)備領(lǐng)域深受人們喜愛(ài)。而隨著消費(fèi)電子的快速發(fā)展，MP3在各種場(chǎng)合的需求越來(lái)越多，同時(shí)針對(duì)MP3解碼器的設(shè)計(jì)也越來(lái)越多。其中主要有以下三種方式：①以專用MP3編解碼芯片為核心加上必要電路的VLSI實(shí)現(xiàn)；②DSP處理器加外部存儲(chǔ)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換等器件實(shí)現(xiàn)；③以低速核心處理器（CPU/RISC）與其他硬件加速模塊的SOPC設(shè)計(jì)加上器件實(shí)現(xiàn)。而第三種實(shí)現(xiàn)方式相對(duì)于前兩種方式在功耗和性價(jià)比方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，本文是基于SOPC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)MP3解碼器的設(shè)計(jì)，其中MP3文件數(shù)據(jù)用SD卡來(lái)存放[1]。
2.MP3解碼流程分析
MP3解碼流程如圖1所示，解碼的主要過(guò)程包括同步提取碼流(以幀為單位)哈夫曼解碼，比例因子解碼，反量化，重排列，立體聲處理，混疊重建，IMDCT變換，子帶綜合濾波合成，最后輸出原始的PCM數(shù)據(jù)。
在解碼過(guò)程中，耗時(shí)比較多的主要是IMDCT和子帶綜合濾波這兩部分。在編譯后它們占據(jù)著相當(dāng)多的硬件資源，功耗特高，所以在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)這兩個(gè)計(jì)算量大的算法IMDCT，子帶綜合濾波器做了硬件加速處理，來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。在IMDCT算法中有長(zhǎng)塊和短塊，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)塊輸入是18點(diǎn)而短塊輸入是6點(diǎn)，長(zhǎng)短塊輸入的值都是非2的n次方，所以可以采用Szu Wei Lee快速算法，此算法對(duì)輸入點(diǎn)數(shù)越大的運(yùn)算，其速度提升就越明顯。傳統(tǒng)的IMDCT算法，在計(jì)算長(zhǎng)塊時(shí)需要的是36*18次乘法和36*17的加法，采用Szu Wei Lee算法后，長(zhǎng)塊的計(jì)算只需要43次乘法和115次加法，程序的運(yùn)算速度顯著提高了。在設(shè)計(jì)子帶綜合濾波時(shí)，直接計(jì)算則需要執(zhí)行32*64次乘法和31*64次加法，兩聲道采樣率為44.1KHz，乘法運(yùn)算量為（44100/32）*(64*32+512)*2=7056000次/秒，而系統(tǒng)時(shí)鐘一般都采用的是50MHz，單個(gè)周期內(nèi)占著整個(gè)解碼時(shí)間的58.2%，嚴(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)解碼的速率。所以可以根據(jù)余弦函數(shù)的對(duì)稱性，并結(jié)合Byeong Gi Lee快速DCT算法來(lái)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后子帶綜合濾波則只需要進(jìn)行384次乘法和376次加法，大大提升了運(yùn)算速度[2]。
3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
基于Nios II的嵌入式系統(tǒng)主要是由三部分組成：IP庫(kù)（NiosII軟核處理器，Avalon總線，設(shè)備接口等），GNUPro軟件編譯器，SOPC Builder開(kāi)發(fā)工具。本文在硬件設(shè)計(jì)時(shí)使用Altera公司的Cyclone II FPGA芯片，型號(hào)為EP2C70F896C6，主要設(shè)備包括片外SDRAM存儲(chǔ)器、SD卡、音頻芯片WM8731、LCD等，其中FPGA芯片完成對(duì)各個(gè)硬件模塊和數(shù)據(jù)流的控制，片外存儲(chǔ)器存放程序數(shù)據(jù)和執(zhí)行代碼，SD卡存放MP3文件，音頻芯片將PCM數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換輸出，LCD顯示系統(tǒng)狀態(tài)，IP核的復(fù)用是SOPC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[3]。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
而FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)是以Quartus II為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以Verilog語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)音頻控制，SD卡的讀寫(xiě)，液晶顯示驅(qū)動(dòng)等功能模塊的設(shè)計(jì)。用SOPC Builder配置并產(chǎn)生NiosII軟核處理器以及必要的外設(shè)，然后在再通過(guò)編譯，下載到FPGA的配置芯片中，形成硬件邏輯電路的連接，最后驗(yàn)證系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)MP3音頻文件的輸出。除了音頻模塊、SD卡控制模塊、LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊外其他模塊都可以通過(guò)SOPC Builder來(lái)添加IP核構(gòu)建。
至于MP3解碼算法中的子帶綜合濾波，IMDCT變換兩部分處理起來(lái)特耗時(shí)，針對(duì)這類耗時(shí)問(wèn)題，可以采用軟硬件協(xié)同處理(軟件中耗時(shí)較多的部分進(jìn)行硬件加速后，往往會(huì)比原先軟件處理時(shí)的速度快上好幾倍。)來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間。通過(guò)這種設(shè)計(jì)方法，在綜合時(shí)可以確定系統(tǒng)軟件和硬件之間的相互制約關(guān)系，從而保證系統(tǒng)的確定性，高效性。
4.SOPC片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
在FPGA中搭建SOPC系統(tǒng)時(shí)，需要用到如下圖3所示的軟核處理器和Avalon總線結(jié)構(gòu)和外設(shè)接口等，其中，系統(tǒng)時(shí)鐘c0由外部晶振50MHz倍頻后得到的，c1為100MHz外設(shè)SDRAM時(shí)鐘，c2為音頻芯片提供的18.51MHz工作時(shí)鐘。timer用于系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間的產(chǎn)生，time_stamp用于記錄指令的運(yùn)行時(shí)間。片外SDRAM存儲(chǔ)芯片是作為程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本系統(tǒng)自定義了AUDIO模塊，該模塊主要用于與WM8731音頻芯片數(shù)字接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
5.實(shí)現(xiàn)結(jié)果
本文是基于SOPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)MP3解碼器的設(shè)計(jì)，其優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)功能改進(jìn)的靈活性，即不改變硬件平臺(tái)的情況下，可以隨便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增刪和優(yōu)化，降低系統(tǒng)的成本，這是其他方案很難比擬的地方。而本設(shè)計(jì)是在在DE2-70開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)的，硬件解碼系統(tǒng)采用Verilog HDL語(yǔ)言進(jìn)行描述，經(jīng)過(guò)RTL級(jí)仿真和驗(yàn)證后，在Cyclone II EP2C70F896C6器件內(nèi)資源占用率為8%，總的寄存器為3335個(gè)，系統(tǒng)頻率可達(dá)到72MHz，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果。但還存在著一些地方不夠完善和有待改進(jìn)，這同時(shí)也是以后MP3播放器設(shè)計(jì)需要改進(jìn)和研究的重點(diǎn)：
(1)本設(shè)計(jì)功能比較簡(jiǎn)單，編譯后FPGA芯片資源占用的比較少，可進(jìn)一步增加其它功能，如圖像顯示。
(2)如何改進(jìn)更有效的算法，提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，降低功耗，以達(dá)到便攜式高性能、低功耗的要求，這是未來(lái)MP3設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]毛麗萍.MP3音頻編解碼運(yùn)算中IMDCT算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)[D].[碩士學(xué)位論文].華東師范大學(xué),2007.
