机载平显视频字符处理算法研究及驱动程序开发

发布时间：2017-10-05 20:24

  本文关键词：机载平显视频字符处理算法研究及驱动程序开发

  更多相关文章： 机载显示 VxWorks 去隔行算法 矢量字体 应用接口 PCI-E设备驱动

【摘要】：机载显示系统作为飞行员与飞机飞行系统的人机接口,对于增强飞行员的飞行态势感知起着举足轻重的作用。本文在上一代平显图形字符生成及视频处理系统的基础上,展开了更为深入的研究,针对视频去隔行、字符精细化显示及接口驱动三个方面进行了改进与优化,主要研究内容如下:(1)根据新的系统研制要求,确定系统的总体设计方案。在移植有VxWorks的CPU板卡上实现了上层应用程序解析及PCI-E通信,在基于Kintex 7的GPU板卡上实现了图形生成、字符绘制、视频处理以及三者的叠加显示。(2)研究与优化了视频去隔行算法。提出了一种基于运动自适应的场间去隔行算法,解决了上一代平显图形字符生成及视频处理系统中使用行复制法出现的全屏抖动现象与严重的锯齿现象;提出了一种基于图像几何对偶特性的场内去隔行算法,仅使用当前场内的信息完成隔行图像的去隔行处理,有效提升了小角度边缘方向的检测与恢复性能。(3)设计与实现了基于TrueType的矢量字符显示方案。首先在PC端移植FreeType字体引擎,读取TrueType字体文件,待完成字形轮廓提取、字形旋转与字符描边等处理后生成系统字库文件,并烧写至GPU端;然后在CPU端根据字符绘制指令的解析结果实现字符偏移地址的生成;最后在GPU端,从系统字库文件中读取待绘制字符数据,使用本文提出的字符与视频背景融合算法完成两者的叠加处理并输出至显示设备。(4)开发了应用接口程序、PCI-E设备驱动程序及系统测试程序。为方便上层应用程序的开发,设计了基于标准OpenGL的应用接口程序;对于硬件加速的图形绘制指令、视频设置指令及特殊功能区域设置指令,系统自定义了相关指令接口供上层直接调用;开发了PCI-E设备驱动,实现了PIO及DMA传输;设计了系统测试程序,实现了系统的图形、字符及视频的整体功能测试验证。(5)通过CPU板卡与GPU板卡的联合调试,验证了本文提出的视频处理算法、字符显示方案及接口驱动程序符合平显系统的各项功能需求及技术指标,有效保证了字符、视频信息的稳定、可靠、实时显示。
【关键词】：机载显示 VxWorks 去隔行算法 矢量字体 应用接口 PCI-E设备驱动
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243.6;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 缩略词注释表15-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.3 本文主要研究内容19-20
• 1.4 论文结构安排20-21
• 第二章 机载平显图形字符生成及视频处理系统设计方案21-26
• 2.1 引言21
• 2.2 系统功能分析21-22
• 2.3 系统总体设计方案22-23
• 2.4 系统软件平台23-24
• 2.4.1 VxWorks嵌入式操作系统23
• 2.4.2 主机开发环境Tornado23-24
• 2.5 系统硬件平台24-25
• 2.5.1 MPC5121e MCU简介24
• 2.5.2 Kintex 7 FPGA简介24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 机载视频去隔行算法设计与实现26-47
• 3.1 引言26
• 3.2 去隔行概述26-27
• 3.2.1 视频扫描机制26-27
• 3.2.2 去隔行概念27
• 3.3 传统去隔行算法27-31
• 3.3.1 空域线性滤波算法27-28
• 3.3.2 时域线性滤波算法28-29
• 3.3.3 时空中值滤波算法29-30
• 3.3.4 仿真结果及分析30-31
• 3.4 改进的运动自适应去隔行算法31-40
• 3.4.1 改进的运动检测算法32-34
• 3.4.2 数学形态学算法34-35
• 3.4.3 改进的DCDi算法35-36
• 3.4.4 仿真数据及分析36-40
• 3.5 基于几何对偶特性的去隔行算法40-46
• 3.5.1 待检测边缘方向选取40-42
• 3.5.2 改进的边缘方向检测算法42-43
• 3.5.3 基于Blackman-Harris窗的插值算法43-45
• 3.5.4 仿真数据与分析45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 基于TrueType的机载字符显示设计与实现47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 字符总体设计方案47-48
• 4.3 字符生成及变换48-51
• 4.3.1 TrueType字体描述技术48-49
• 4.3.2 TrueType字体文件格式49-50
• 4.3.3 矢量点阵字符生成及字形旋转变换50-51
• 4.4 字符强背景识别技术研究与实现51-54
• 4.4.1 传统字符描边算法51-52
• 4.4.2 矢量字体描边算法设计52-53
• 4.4.3 描边及字符合并算法设计53-54
• 4.5 基于FreeType的字符实现54-55
• 4.6 字符存储结构设计与实现55-59
• 4.6.1 总体存储结构设计55-56
• 4.6.2 单字符存储结构设计56-58
• 4.6.3 字符文件寻址58-59
• 4.7 字符指令系统设计59-60
• 4.7.1 上位机绘制接口59
• 4.7.2 IP核指令格式59-60
• 4.7.3 字符绘制指令流60
• 4.8 字符视频叠加算法设计60-63
• 4.8.1 传统字符与视频背景叠加方法60-61
• 4.8.2 绘制通道划分61
• 4.8.3 背景融合算法设计61-62
• 4.8.4 仿真结果及分析62-63
• 4.9 本章小结63-64
• 第五章 接口程序及PCI-E驱动开发64-89
• 5.1 引言64
• 5.2 基于OpenGL的指令接口开发64-72
• 5.2.1 几何图元限定65-66
• 5.2.2 基本图元属性66
• 5.2.3 图元几何变换66-67
• 5.2.4 矩阵堆栈操作67-68
• 5.2.5 特殊功能开关68-69
• 5.2.6 图元绘制指令69-72
• 5.3 自定义指令接口开发72-76
• 5.3.1 封装化的图形绘制指令72-74
• 5.3.2 视频设置指令74-75
• 5.3.3 窗口与闭塞区设置指令75-76
• 5.4 PCI-E驱动开发76-85
• 5.4.1 PCI-E设备初始化76-79
• 5.4.2 BAR空间设计79-80
• 5.4.3 PIO模式设计80
• 5.4.4 DMA模式设计及驱动程序开发80-85
• 5.5 系统测试程序设计85-88
• 5.5.1 航向刻度带设计85-86
• 5.5.2 指示空速刻度带及高度刻度带设计86-87
• 5.5.3 活动刻度带设计87-88
• 5.5.4 总体测试画面设计88
• 5.6 本章小结88-89
• 第六章 系统性能测试与分析89-95
• 6.1 引言89
• 6.2 去隔行显示效果测试及分析89-91
• 6.3 字符显示效果测试及分析91-93
• 6.4 标准显示画面测试及实时性能分析93-94
• 6.5 本章小结94-95
• 第七章 结束语95-97
• 7.1 总结95
• 7.2 展望95-97
• 参考文献97-100
• 致谢100-101
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文101

【参考文献】

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本文编号：978650