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一個10萬點/秒,距離及解析度動態可調軟硬體共構優化之光達系統的設計與驗證

為了解決sram記憶體價格的問題，作者劉語涵 這樣論述：

近年來，光學雷達(LiDAR, Light Detection and Ranging)量測技術開始廣為人知且廣泛應用，在自動駕駛車輛的研究中，更是占據了非常重要的一環，但因光學雷達居高不下的價格，導致現今要將其普及相當困難。因此本篇論文設計整合光學雷達系統並發展動態可調軟硬體共構優化，期望整套系統未來能運用在車用光學雷達系統中，在滿足自駕車的安全標準下降低成本，讓光達系統能夠普及應用，增進自動駕駛車輛的安全。前端以脈衝雷射及單光子崩潰二極體(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)做為光學感測器，由Time-to-digital Converter數位時間轉

換電路，將時間轉換為數位的時間資料，交由FPGA中的數位信號處理電路做過濾、疊加及運算，解析出目標物的距離，再藉由軟硬體溝通電路將結果透過乙太網路傳輸到電腦，電腦端由MATLAB下指令對FPGA硬體中的DDR做讀寫的命令，最後將讀出來的資料圖像化最後成果的呈現。本篇的一大特色為動態可調軟硬體共構優化系統，針對在不同距離下，所需的解析度不同的情形，而設計通用於不同距離及解析度的電路架構，且為了達到有效率的資料處理，電路中包含了兩組SRAM做Pipeline的運行，提升整體的系統效能，再配合軟硬體溝通協議電路，就能從軟體端針對不同的情況做解析度及距離的動態調整，於軟體硬體之間靈活運用，既能保有測量

遠距離的功能，也能量測到較細的解析度，更符合了車用光學雷達在實際應用中的需求。

高效能嵌入式視訊編碼位元率控制系統之研究

為了解決sram記憶體價格的問題，作者彭采庭 這樣論述：

　　H.264是現今最常採用的商業視訊編碼標準，尤其是應用在視訊電話和視訊監控系統，然而早期視訊設備因硬體限制和價格考量，大多採用30萬畫素低解析度(640480)的視訊，因此當影像放大後常常導致品質不佳且模糊，以至於無法進行影像識別。為了克服此問題，本論文提出高效能視訊編碼位元率控制系統，並進一步嵌入至ADSP-BF548的數位訊號處理(digital signal processing: DSP)開發板中，來完成高解析度之H.264視訊編碼與傳輸的DSP實現。　　H.264視訊標準在測試平台(JM11.0)進行位元率控制時[5]，須先利用線性迴歸分析(linear regress an

alysis)來預測待編巨方塊(macroblock: MB)的平均絕對値差(mean absolute distortion: MAD)，再運用二次方位元量化模型(rate-quantization model: R-Q model)來達到各層的位元率控制(包括frame layer和MB layer)，並進行位元配置(bits allocate)和決定量化參數(quantization parameter: QP)，最後執行最佳位元失真(rate distortion optimization: RDO)完成編碼。但因H.264所採用R-Q的模型較簡單，常導致MAD預測的準確度不高，以致於

視訊品質仍無法滿足要求。為了改善上述的問題，本論文利用自然視訊具有高時空相關性(spatio-temporal correlation)的本質，結合快速畫框內模式預測(intra-mode prediction)與位元率控制器，建構出一個高效能H.264位元率控制系統。由實驗結果可以發現在不同頻寬的傳輸通道下，本論文所提出的位元率控制演算法比JM 11.0更能達到穩定的視訊傳輸效能，並且提供較好的視訊品質，特別是在畫面變動率較高或者是場景變換的情形。　　此外，為了有效完成所提出H.264視訊位元率控制器在DSP硬體的實現，首先必須完成DSP內部記憶體最佳化配置，我們將高效能位元控制緩衝器配置在

外部記憶體L3(DDR SDRAM)中，來提高解析度至19201080全高畫質(full high definition: FHD)視訊編碼，並將運動估測(motion estimation: ME)模組所需之參考畫面直接配置到內部記憶體L2(SRAM)中，進一步提升ME模組的執行效率。其次，我們利用Blackfin系列專用指令對程式碼進行撰寫與優化[11]，使程式能夠更流暢的運作於ADSP-BF548開發板，提高H.264整體編碼效率。最後，我們將所提的高效能H.264視訊編碼位元率控制系統，成功嵌入在ADSP-BF548開發板上，並完成實驗模擬與測試。　　經由不同解析度影像序列進行DSP

硬體實驗結果顯示，本論文所提高效能H.264嵌入式位元率控制系統的視訊品質(PSNRY)比JM 11.0平均改善約0.59 dB，而且可以大幅改善JM11.0所造成的跳畫框情形。此外，經由最佳的記憶體配置，整體編碼的時間改善率(time improving ratio: TIR)平均約為44.07%。從實驗結果的驗證，論文所提方法確實能大幅提升H.264位元率控制效能，提供更穩定的視訊品質，適合直接應用在現今的視訊監控產品上。