误差扩散算法IP核设计及基于SOPC的半色调系统实现

摘要

数字半调技术是打印系统中关键技术之一，直接影响打印输出效果，在打印系统中占有重要的地位。目前常用的半色调算法有阈值抖动法和误差扩散法。误差扩散法的效果明显优于阈值抖动法，然而由于误差扩散算法自身计算量大，运算时间长，因此必须依赖PC的高速处理器以及大容量存储设备才能满足实时性的要求，这极大的限制了其适用范围与应用空间。
　　本文主要针对数字半调算法的IP核设计及嵌入式系统的实现进行研究。首先，对阈值抖动法和误差扩散法两种常用的半色调算法进行了分析对比；其次，着重分析了误差扩散法执行的特点，采用查找表以及流水线法对算法进行了改进，并在FPGA上进行了实现，使得误差扩散模块平均只需一个时钟周期即可计算出一个像素点的半色调结果，极大提升了半色调的效率；最后，采用SOPC技术，构建了实用的半色调硬件最小系统。论文分析了Avalon总线的信号以及时序特点，并采用其中的Avalon内存映射接口对误差扩散模块进行了封装。系统构建完成后，只需从存储器中获取源图像数据，经由Avalon总线送入误差扩散模块，就可直接获得半色调值的输出。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 论文主要工作

1.3 章节安排

第二章 SOPC平台半色调系统总体设计及关键技术

2.1 总体方案设计

2.2 数字图像半色调技术研究

2.1.1 阈值抖动法

2.1.2 误差扩散法

2.1.3 算法性能比较

2.3 SOPC技术

2.3.1 Nios Ⅱ嵌入式处理器

2.3.2 Avalon交换结构总线

2.3.3 Nios Ⅱ外围设备

2.3.4 Nios Ⅱ系统开发流程

第三章 误差扩散算法改进与IP核设计

3.1 并行处理

3.2 减少计算时间

3.3 流水线处理

3.3.1 流水线设计

3.3.2 流水线优化

3.3.3 流水线实现

3.4 误差扩散算法IP核实现

3.4.1 FIFO模块

3.4.2 LUT模块

3.4.3 寄存器堆模块

3.4.4 双口RAM模块

3.5 算法仿真

第四章 系统关键硬件电路设计

4.1 系统硬件构成

4.2 EP1C6240C8

4.3 电源设计

4.3 时钟、复位模块设计

4.4 配置模块设计

4.4.1 JTAG模式

4.4.2 串行配制器件

第五章 SOPC系统设计与实现

5.1 SOPC硬件系统构建

5.1.1 误差扩散模块封装

5.1.2 硬件系统定制

5.1.3 硬件系统实例化

5.2 SOPC软件系统构建

5.2.1 SOPC软件开发工具

5.2.2 Nios Ⅱ IDE集成开发环境

5.2.3 软件系统构建

第六章 结束语

6.1 实验测试结果

6.2 总结

6.3 展望

致谢

参考文献