● 摘要
无人机是构建多层次立体侦察监视网的核心单元之一，在军事侦察和航拍巡查中具有重要作用。为了能够提供更加准确可靠的情报信息，利用有限的机载资源条件实现多种侦察信息的高效处理与快速传输已成为无人机发展的关键技术之一。论文针对无人机中高性能机载多模式视频编码硬件平台的设计实现问题，研究了高速PCB总线的抗干扰设计和HEVC编码器的低功耗设计，完成了高性能机载视频编码硬件系统的实现与验证，其主要贡献包括：
（1）设计了一种机载多模式HEVC视频编码硬件平台
为满足机载多模式视频编码系统的应用需求，在分析目前视频编码系统存在问题的基础上，设计了一种面向任务的FPGA+DSP协同处理结构的视频编码系统，该系统支持更高的计算能力和多模式视频的灵活处理，满足HEVC算法对硬件资源的需求。此外，为了解决多模式视频采集的鲁棒性和传输的高效性问题，提出了一种自动检错的视频采集方法，克服了多模式视频采集及切换过程中偶发错误数据的累积和传播，并设计了一种以FPGA为控制核心的高速数据交互机制，减少了对DSP处理流水线的干扰，降低了处理延时。
（2）提出了一种基于改进PSO算法的DDR3信号反射降低方法
针对视频编码硬件平台中DDR3高速总线阻抗不匹配导致的信号反射问题，提出了一种基于改进PSO算法的信号反射降低方法。该方法以DDR3 的片内终端(ODT)值与传输线特性阻抗之间的匹配为基础，引入过孔在高频信号的寄生效应建立了一种基于S参数的信号反射模型，可以更准确的描述高速信号反射噪声。并以该模型为基础，设计了一种可以快速准确获得电路设计参数的PSO算法，有效降低了DDR3总线的信号反射噪声。
（3）设计了面向机载多模式视频编码的低功耗控制方法
基于FPGA处理器设计了一种基于截断式分离查找表的乘法器，在保证视频颜色空间转换预处理精度的基础上，不仅提高了计算速度，而且通过减少存储空间和计算位宽，降低了FPGA的处理功耗。此外，提出了一种基于任务量变化的DSP功耗控制方法，以任务量为依据自适应调节DSP主频和工作核数，使多核DSP在处理不同任务模式时的利用率保持在一个相对稳定的范围内，从而减少系统功耗。
综合上述三方面研究，实现了机载多模式HEVC视频编码处理板。通过系统测试表明：处理板多处理器间的最高数据传输率达到3.05Gbps，各项性能满足机载多模式视频编码系统的指标要求，并且优于同类系统的编码处理能力。同时也证明了设计的FPGA+DSP协同处理架构从硬件资源上支持HEVC算法需求，率先在嵌入式平台上实现了高清视频的HEVC实时编码处理。在硬件设计中有效保证了高速数据信号的可靠传输，并采用低功耗设计方法有效控制了处理板的整体功耗。