基于fpga硬件jpeg压缩器的无线胶囊内窥镜系统

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1、上海交通大学硕士学位论文基于FPGA硬件JPEG压缩器的无线胶囊内窥镜系统硕士研究生：季永国学号：1120359003导师：刘华申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterWIRELESSCAPSULEENDOSCOPEBASEDONFPGAHARDWAREJPEGCOMPRESSORCandidate：YONGGUOJIStudentID:112

2、0359003Supervisor：HUALIUAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologySchoolofElectronicInformatioonandAffiliation：ElectricalEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士论文基于FPGA硬件JPEG压缩器的无线胶

3、囊内窥镜系统摘要随着消化道疾病逐渐成为困扰人们健康的一大主要原因，消化道疾病的检测技术也随之快速发展。无线胶囊内窥镜克服了传统探头内窥镜检测过程及其痛苦、存在创伤等弊病，成为消化道疾病的检测和治疗的发展趋势。自2000年GivenImage公司推出全球第一款无线胶囊内窥镜，无线胶囊内窥镜在姿态控制、胶囊定位、能量供给、图像采集等各方面都有很大的发展。但无线内窥镜应用于消化道疾病诊断和治疗还需要进一步提高其功能性和性能。本文依托于国家自然科学基金项目（No.31271069）、国家自然科学基金青年基金(No.30800235)和上海交通大学医工（理）交叉基金（

4、No.YG2013MS24），针对无线胶囊内窥镜图像采集和能量供给两个方面进行了深入研究，研制出一种基于FPGA硬件JPEG压缩器的无线胶囊内窥镜系统原型样机。该系统一方面通过采用体外无线供能的方式，消除现有无线胶囊内窥镜工作时间短的缺陷，另一方面通过FPGA内部集成硬件JPEG压缩器，提高了无线胶囊内窥镜的图像采集帧率，能够达到8~10帧的采集帧率。理论上可用于消化道连续视频采集，为研制诊疗胶囊系统提供了可靠试验平台。论文从以下几个方面对无线胶囊内窥镜系统进行了阐述：首先针对整个系统涉及的关键技术如图像采集、无线传输和能量供给等进行理论分析，提出合理的设计

5、方案。其次根据系统方案设计，从硬件和软件方面详细介绍无线胶囊内窥镜系统的实现。硬件部分设计要包括体内图像胶囊和便携式接收器的设计以及无线供能的实现。按照功能模块进行划分，具体介绍了CMOS图像采集模块、NRF无线传输模块、SD卡存储模块、FT245_USB传输模块和无线供能模块等主要模块。软件部分从三大部分体内图像I上海交通大学硕士论文胶囊控制系统、便携式接收器软件系统和PC端MFC应用软件进行介绍。并具体介绍了系统内部模块实现和控制流程。针对无线胶囊内窥镜系统涉及的关键算法：基于FPGA的JPEG压缩算法，本文从算法原理和FPGA实现两个方面进行了详细阐述

6、。算法具体涉及了二维离散余弦变换器、频率量化器、游程编码器、变长编码器、哈弗曼编码器等子模块。最后对系统进行试验测试，开展了三个实验：无线供能实验、JPEG压缩验证实验和图像采集实验。经实验，无线供能模块最大能够实现1000mw的能量供给，JPEG压缩器最大能够实现95%的压缩比，整个系统能够实现8~10fps的图像采集帧率。关键词：无线胶囊内窥镜,便携式接收器,JPEG压缩算法,FPGA,无线供能II上海交通大学硕士论文WIRELESSCAPSULEENDOSCOPEBASEDONFPGAHARDWAREJPEGCOMPRESSORABSTRACTWith

7、thedigestivetractdiseasebecomethemaincauseofhumanhealth,thedigestivetractdiseasedetectiontechnologyisalsodevelopingrapidly.WirelessCapsuleendoscopeisnewtechnologywhichovercomesthedisadvantageoftraditionaldetectionmethod.Sotheresearchofwirelesscapsuleendoscopeisatendency.SincetheGiv

8、enImagecompanylaunchthewor