三等奖
基于NiosⅡ的多功能数字相册
大学院校： 北京交通大学信息科学研究所
参赛队员：  洪诚邓锐叶永鑫
指导教师： 丁晓明
一. 设计概述
设计意图：
1.随着数码相机与高像素照相手机的日益普及，用各种存储器（电脑硬盘、半导体存储器
及可刻录光盘）保存照片成为人们习惯的做法，即使打印照片，其来源也大多来自数码
相机或照相手机。拍摄下来数码相片开始呈现出了几何级数的增长，要想再把这些相片
都冲印出来回味、欣赏，不仅会浪费大量金钱，而且传统的相框、相册也无法再承担起
保存的重任。
2.对照片的编辑上，如果能脱离PC机，在我们的便携式硬件平台下直接完成，就可以给出
门旅游带来很大的方便。
3.目前市场上所推出的数码相框大多以图片的存储与回放为主要功能，这就有点浪费资
源，如果能够把大部分功能模块都集成到一个系统中，充分利用处理器的处理能力，为
用户实现更多的操作，满足更多的需求，就显得非常有意义，有价值。
4.我们的设计还可作为数码相机的伴侣，将相机中所存储的照片直接编辑，然后通过网络
接口把照片传回家中或者工作地点，缓解SD卡等存储设备的压力。
因此设计出一款具有数码照片的保存、回放和浏览、编辑、传输功能的数字相册就会满
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足人们在信息化时代的特殊需求。
此设计给用户提供完全的“DIY空间”，可以对照片进行个性创建，将来完成此相册与手机的通信接口后，还可直接将DIY后的照片发送至朋友手机。
适用范围及针对用户：
数码照片对任何人来说都不是一个陌生的概念，只要有数码相片的地方就会有我们设计的用武之地，同时加上我们设计的独有编辑与接收、发送功能，出门旅游的人不用担心是否能存下大容量的照片。本设计在家居或者旅游都可以携带在身边，时时刻刻给你的生活带来方便。本设计面向所有社会人，应用范围广，贴近生活。
Nios® 软核处理器设计的优势：
1.Nios 软核处理器的可裁减特性：与传统的处理器相比，它的可裁减特性极大的方便了
用户的设计，我们可以根据需要定制适合自己的系统，Atera公司为我们提供了丰富的IP核库，只需要很短的时间就可以把我们的设想实现，缩短开发周期，而且这种可复用技术会大量的节约成本，设计更灵活。
2.集成的开发环境：Altera公司提供的从Quartus® 到SOPC Builder再到Nios EDS一
条龙的集成开发环境，为我们的设计创造了从硬件到软件上的所有条件，结合该公司的FPGA平台就完成了系统的所有配置与实现。这样设计出的产品拥有更高性能、更强的稳定性。
3.Nios软核可以集成256条用户自定义指令，可以集成用户自定义外设，加速系统运行
的速度，其软件开发环境提供了标准的程序接口，极大地方便程序的移植。
独有的C2H功能：自从C2H功能推出以后，在这短短的一年时间里，影响很大，我们现在已经不用担心在Nios EDS环境下的复杂算法会不会影响系统性能，我们只需要将算法的瓶颈采用C2H加速，就可以轻松的将系统的运行速度提升。
二. 功能描述
本设计采用DE1多媒体开发平台，设计实现一个带多种功能的数码产品——多功能数字相册，把目前市面上的产品的基本功能都实现在一个系统下，同时结合现今信息化时代的特点把包含一些特殊功能，以便满足各种大众需求。功能罗列如下：
1.数码相片的存储功能：作为一个数字相册，不可或缺的就是要有一定容量的照片存储功
能，DE1平台上为我们的设计提供了SD卡接口，我们只需在将SD卡的数据、命令、地址线挂载到Avalon总线上，Nios软核就可以控制实现SD卡数据的读写。
2.数码相片的浏览播放功能：随时浏览您的相片是一个基本需求，我们通过实现的ucFS文
件系统，可以很容易的告知Nios CPU，当前存储介质中有哪些相片文件，我们可以选择任意一幅相片进行浏览播放。
3.音乐特效：多媒体对大家来说已经不再陌生，在Altera公司的FPGA系列平台上大多都
可以实现多媒体播放效果。考虑到存储介质的压力，我们选择的音乐格式为压缩的
G.729码流，将实验室的解码算法嵌入到我们的数字相册中，让大家在浏览照片的同时
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倾听美妙的音乐，即所谓的“有声相册”功能。
4.数码相片文件与音频文件的管理功能：移植文件系统后，我们可以非常方便的对文件进
行分类，归档，在操作时显得更加方便。
5.数码相片的编辑与处理效果：在我们的PC机平台下可以很容易的利用软件例如
PhotoShop实现相片的效果处理，而在嵌入式平台下同样也可以达到这种效果。
6.图片格式的压缩与解压：照片大多以JPEG格式存储，我们的多功能数字相册也要满足这
种格式要求，所以在Nios下嵌入了JPEG解码模块，利用解码后的RGB数据，就可以做
各种处理，处理完毕后再将图片压缩成JPEG格式，便于后续的网络发送处理。
7.数码相片的美化处理：传统的照片大多采用相框作为珍藏的方法，容易因为时间的流逝
而渐渐丢失彩，而在数码时代下我们可以给数码相片加上各种美丽的相框，处理后的
效果非同一般。
8.照片的网络传输：本设计中的数字相册既可以通过网络接收JPEG码流，转入FPGA进行
处理，进而利用FPGA将图片数据进行压缩处理成JPEG码流，将码流通过网络传输，与
别人共享照片的效果。该功能的实现需要在DE1平台上开发网络接口，因此我们自制了
带网络功能的电路板，通过GPIO与FPGA相连。这样一来该作品就可以成为数码相机的
伴侣，出门旅游的时候就可以将数码照片随时随地与朋友共享。
9.数字相册的人机交互功能：在DE1平台上提供了我们PS2接口，我们可以将鼠标与键盘
外设挂到Avalon总线上，为了能够同时响应鼠标与键盘的数据，我们对板上的电路做了
改动，这样Nios软核就可以随时响应PS2外设，整个相册就完全处在管理之中。
10.数码相机伴侣：提供了直接观看各种相机照片的功能，在此基础之上进行的各种图像处
理的操作。
相片合成11.数字水印的嵌入与提取：在对照片进行处理时，个人的相片往往不希望别人去修改，往
多功能数字相册中嵌入数字水印功能，就可以作为对照片版权的一种管理手段。而不会
影响到照片的效果。
在作品的功能模块的实现过程中，充分利用了Nios软核的特性，结合嵌入式操作系统
uc/OS来完成调度各功能模块的任务。
三. 性能参数
多功能数字相册的硬件资源利用情况如下：
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图1 硬件资源利用情况 系统的软件结构：
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图2、软件结构
1.系统的性能指标参数：
图片参数：320*240 JPEG格式
LCD显示屏参数：分辨率320*240，5.7’
2.系统资源利用情况：
详细如图1
FPGA：Altera Cyclone II 2C20F484C7；
程序运行空间：8M SDRAM；
静态存储器：512KB SRAM；
用户接口：按键开关、LED、七段数码管；
VGA接口；
立体声音频CODEC；
PS2鼠标与键盘接口；
GPIO接口外接网络模块控制板与LCD显示屏；
存储器：Kingston SD卡2.0G/1.0G；
3.扩展资源：
SD卡四线SD模式；
网络控制器电路板；
PS2一拖二接口；
LCD 65000屏幕；
四. 设计结构
系统硬件与整个流程如下：
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