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多極磁電軸角皮爾茲PILZ編碼器
為了實(shí)現(xiàn)多對(duì)極磁電式軸角PILZ編碼器的高分辨率式檢測(cè)并降低其成本，基于改進(jìn)格雷碼構(gòu)建了一種新型多極磁電軸角PILZ編碼器模型，提出一種基于校準(zhǔn)查表的信號(hào)處理方式，以消除磁場(chǎng)非線性和裝配誤差對(duì)測(cè)量精度的影響。

多極磁電軸角皮爾茲PILZ編碼器
隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA以其體積小、速度快、功耗低、設(shè)計(jì)靈活、利于系統(tǒng)集成、擴(kuò)展升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于高速數(shù)字信號(hào)傳輸及數(shù)據(jù)處理。EnDat數(shù)據(jù)接口是適用于PILZ編碼器的雙向數(shù)字接口。EnDat可傳輸PILZ編碼器的位置值，也能傳輸或更新保存在PILZ編碼器中的信息或保存新信息。在此介紹了EnDat接口的特點(diǎn)、功能、時(shí)序和數(shù)據(jù)傳輸、OEM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及PILZ編碼器數(shù)據(jù)采集后續(xù)電路設(shè)計(jì)方案，基于FPGAPILZ編碼器接口的設(shè)計(jì)，用以進(jìn)行PILZ編碼器和DSP處理器之間的通訊。H.264/AVC是當(dāng)前上*視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，通過采用新的編碼技術(shù)獲得了更高的編碼效率與更好的圖像質(zhì)量。但是這些新技術(shù)在提高編碼效率的同時(shí)也帶來(lái)了更高的計(jì)算消耗以及對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存帶寬的需求。由于運(yùn)算復(fù)雜度的增加，使用目前的硬件平臺(tái)已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)高清視頻的實(shí)時(shí)編碼。另一方面，近年來(lái)圖形處理器（GPU）的處理速度正在以超過摩爾定律的速度發(fā)展，而且能夠加速處理一些非圖形領(lǐng)域的應(yīng)用問題。CUDA、OpenCL等編程模型的出現(xiàn)使得基于GPU的通用應(yīng)用開發(fā)變得更加簡(jiǎn)單靈活。目前GPU已經(jīng)在天文學(xué)、流體力學(xué)、電磁仿真、信號(hào)處理、視頻壓縮等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。通過對(duì)CUDA編程模型以及H.264視頻編碼框架的研究，提出了一種基于CUDA的H.264并行PILZ編碼器實(shí)現(xiàn)方案。該方案中CPU負(fù)責(zé)編碼參數(shù)的初始化、視頻文件的讀寫、CPU與GPU之間的數(shù)據(jù)交互以及對(duì)GPU的調(diào)度和控制。GPU負(fù)責(zé)編碼過程中幀間預(yù)測(cè)、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、變換與量化、熵編碼與去塊濾波等具體計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行。通過合理的任務(wù)分配，充分發(fā)揮了CPU和GPU兩種處理器各自的優(yōu)勢(shì)。 然后對(duì)PILZ編碼器的各個(gè)模塊重新作了并行設(shè)計(jì)。針對(duì)幀間預(yù)測(cè)分別設(shè)計(jì)了整像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)與分像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)的并行執(zhí)行過程，提出了一種并行的參考幀插值計(jì)算方法；針對(duì)幀內(nèi)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)了宏塊之間與宏塊內(nèi)部?jī)杉?jí)并行的執(zhí)行過程；針對(duì)變換與量化設(shè)計(jì)了快速DCT變換與Hadamard變換的并行執(zhí)行過程；針對(duì)熵編碼設(shè)計(jì)了每個(gè)子塊碼流生成與各宏塊碼流合并的并行執(zhí)行過程；針對(duì)去塊濾波設(shè)計(jì)了邊界強(qiáng)度計(jì)算與濾波計(jì)算的并行執(zhí)行過程，提出了一種新的去塊濾波的宏塊執(zhí)行順序，增大了并行粒度。設(shè)計(jì)了兩個(gè)由永磁體磁環(huán)構(gòu)成的碼道：粗碼道，根據(jù)改進(jìn)格雷碼生成N和S極充磁順序，采用圓周均勻分布的線性霍爾元件得到轉(zhuǎn)子所處磁極區(qū)域的偏移量；細(xì)分碼道，N和S極等距間隔排列，定子上3個(gè)線性霍爾元件將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，查表得到轉(zhuǎn)子于所處信號(hào)周期內(nèi)的相對(duì)偏移量。在離線狀態(tài)下，用高分辨率的增量式光電軸角PILZ編碼器進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)其A/B相脈沖輸出和磁電式軸角PILZ編碼器的霍爾信號(hào)同時(shí)采樣并上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行高精度信號(hào)重構(gòu)，得到標(biāo)準(zhǔn)角位移和霍爾信號(hào)映射關(guān)系，通過單片機(jī)的自編程技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于主控芯片中固定地址以供查表；角位移檢測(cè)狀態(tài)下，根據(jù)霍爾信號(hào)查表得到角位移。根據(jù)上述原理研制出12極磁電式軸角PILZ編碼器樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了分辨率為±0.72′，精度達(dá)±1.2′以下的單圈位置檢測(cè)。該P(yáng)ILZ編碼器通過增加磁極數(shù)還可進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

多極磁電軸角皮爾茲PILZ編碼器
后選擇了多種格式的視頻序列對(duì)設(shè)計(jì)的PILZ編碼器進(jìn)行了詳細(xì)的性能測(cè)試。相比傳統(tǒng)的串行PILZ編碼器，設(shè)計(jì)的基于CUDA的并行PILZ編碼器在處理1080P全高清視頻時(shí)獲得了平均16倍左右的加速比，并且圖像質(zhì)量只有微小的損失。基于CUDA平臺(tái)開發(fā)的H.264視頻PILZ編碼器性能有了明顯的提升，可應(yīng)用于很多現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，同時(shí)在推廣GPU用于通用計(jì)算任務(wù)方面也有著很強(qiáng)的借鑒作用。