隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實(shí)現(xiàn)的圖像處理無法滿足實(shí)時(shí)性的需求；同時(shí)FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實(shí)現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個(gè)熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計(jì)算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個(gè)部分。其中的計(jì)算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)為計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計(jì)只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實(shí)現(xiàn)了排序?yàn)V波，中值濾波，卷積運(yùn)算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運(yùn)算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像處理在時(shí)間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實(shí)現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn)，提高了算法的可用性，同時(shí)為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個(gè)設(shè)計(jì)都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實(shí)現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實(shí)現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
標(biāo)簽： 圖像處理 算法研究 硬件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-30
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由于旋轉(zhuǎn)變壓器的高精度高可靠性等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于如航空、航天、船舶、兵器、雷達(dá)、通訊等領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出模擬量交流信號，經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度信號才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)或其他控制系統(tǒng)，而這種數(shù)字處理比較復(fù)雜，采用專用的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片想達(dá)到理想的精度通常需要較高的成本，限制了它在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)的角測量系統(tǒng)面臨的問題有：體積、重量、功耗偏大，調(diào)試、誤差補(bǔ)償試驗(yàn)復(fù)雜，費(fèi)用較高。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應(yīng)用和發(fā)展，也使電子設(shè)計(jì)的規(guī)模和集成度不斷提高。同時(shí)也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 本文的目的是研究利用FPGA實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器的硬件解碼算法，設(shè)計(jì)基于FPGA的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)。 在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通過FPGA芯片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)信號，再控制A/D轉(zhuǎn)換器對旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，使用基于CORDIC算法流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反正切函數(shù)模塊解算出偏轉(zhuǎn)角θ，最后通過串行口將解算的偏差角數(shù)據(jù)輸出。本文還分析了該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因和提高系統(tǒng)精度的方法。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼器的硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)基本能夠較精確的完成上述的信號轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算。
標(biāo)簽： FPGA 旋轉(zhuǎn)變壓器 解碼 算法
上傳時(shí)間： 2013-05-23
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近年來，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用越來越廣泛，尤其是三維(3D)繪圖。3D繪圖使用3D模型和各種影像處理產(chǎn)生具有三維空間真實(shí)感的影像，應(yīng)用于虛擬真實(shí)情況以及多媒體的產(chǎn)品上，且多半是使用低成本的實(shí)時(shí)3D計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)為基礎(chǔ)。在初期3D圖形學(xué)剛起步時(shí)，由于圖形簡單，因此可以利用CPU來運(yùn)算，但隨著圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所要繪制的圖形越來越復(fù)雜，這時(shí)如果單純依賴CPU來處理，不能達(dá)到實(shí)時(shí)的要求，因此需要專門的硬件來加速圖形處理，GPU(圖形處理單元)因此出現(xiàn)了。不過由于3D圖形加速硬件的復(fù)雜性和短壽命，這極大地提高了對硬件開發(fā)環(huán)境的需要。為了更好的對設(shè)計(jì)進(jìn)行更改和測試，不能僅僅用專門定制的方法來設(shè)計(jì)，需要其他的方：硬件描述語言(HDL)和FPGA。 隨著計(jì)算機(jī)繪圖規(guī)模的需要，借助輔助硬件資源，來提高圖形處理單元(GPU)處理速度的需求越來越普遍。自從15年前現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)開始出現(xiàn)以來，其在可編程硬件領(lǐng)域所起的作用越來越大。它們在速度、體積和速度方面都有了很大的提高。這意味著FPGA在以前只能使用專用硬件的場合越來越重要。其中一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域就是3D圖形渲染，在這個(gè)研究領(lǐng)域里人們正在利用具有可編程性能的FPGA來幫助改進(jìn)圖形處理單元(GPU)的性能。 能夠在廉價(jià)、可動(dòng)態(tài)重新配置的FPGA上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法來輔助硬件設(shè)計(jì)。本文的設(shè)計(jì)就是通過在FPGA上實(shí)現(xiàn)3維圖形幾何處理管線部分功能來提高圖形處理速度。具體實(shí)現(xiàn)中使用硬件描述語言(Verilog HDL)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，并發(fā)現(xiàn)問題解決問題。 本文主要特色如下： 1.針對幾何變換換子系統(tǒng)，提出一種硬件實(shí)現(xiàn)方案，該方案能對基本的幾何變換如：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和投影進(jìn)行操作。首先構(gòu)造出總體變換矩陣，隨后進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算，再進(jìn)行投影變換，最后輸出變換座標(biāo)。提出一種脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)，用于兩個(gè)矩陣的乘法運(yùn)算。找到一種快捷的方法來實(shí)現(xiàn)矩陣相乘，將能大大提高系統(tǒng)的效率。 2.對于3D圖形裁剪，文中描述了一種裁剪引擎，它能夠處理3D圖形中的裁剪、透視除法以及視口映射的功能。硬件實(shí)現(xiàn)的難度取決于裁剪算法的復(fù)雜程度。我們在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基礎(chǔ)上提出一種新的裁剪算法，該算法通過去除冗余頂點(diǎn)以提高處理速度，同時(shí)利用編碼來判斷線段可見性的方法使得硬件實(shí)現(xiàn)變得很容易。 3.最后，我們在FPGA上實(shí)現(xiàn)了幾何變換以及三維裁剪，并與C語言的模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果正確，且三維裁剪能夠以3M個(gè)三角形/s的速度運(yùn)行，滿足了圖形流水中的實(shí)時(shí)性要求。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強(qiáng)的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點(diǎn)。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)解調(diào)處理。論文對該直擴(kuò)通信系統(tǒng)和FPGA設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了相關(guān)研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺Quarus Ⅱ5.0實(shí)現(xiàn)了相關(guān)設(shè)計(jì)。 整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分主要有串并轉(zhuǎn)換、差分卷積編碼、PN碼擴(kuò)頻、QPSK調(diào)制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數(shù)字下變頻、解擴(kuò)解調(diào)等模塊。 論文首先介紹了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)以及相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了本論文的研究思路和內(nèi)容。 然后，論文分析了幾種常用的窄帶干擾抑制、載波同步及PN碼同步算法，結(jié)合實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種零中頻DSSS解調(diào)解擴(kuò)方案。給出了抗窄帶干擾、PN碼捕獲及跟蹤以及載波同步的算法分析，采用了基于數(shù)字外差調(diào)制的自適應(yīng)陷波器來進(jìn)行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應(yīng)門限技術(shù)的滑動(dòng)相關(guān)捕獲和分時(shí)復(fù)用單相關(guān)器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環(huán)來減少載波提取的算法復(fù)雜度，用改進(jìn)型CORDIC算法實(shí)現(xiàn)NCO來方便的進(jìn)行擴(kuò)展。 接著，論文給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，給出了仿真結(jié)果。 然后論文介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和它在真實(shí)系統(tǒng)中連機(jī)調(diào)試所得到的測試結(jié)果，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，靈活性好，生產(chǎn)調(diào)試容易，體積小，便于升級等特點(diǎn)并且達(dá)到課題各項(xiàng)指標(biāo)的要求。 最后是對論文工作的一些總結(jié)和對今后工作的展望。
標(biāo)簽： FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時(shí)間： 2013-07-04
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隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域。對于一般的指紋識別系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)要求具有很高的實(shí)時(shí)性和易用性，因此識別算法應(yīng)該具有較低的復(fù)雜度，較快的運(yùn)算速度，從而滿足實(shí)時(shí)性的要求。所以有必要根據(jù)不同的識別算法采用不同的實(shí)現(xiàn)平臺，使得指紋識別系統(tǒng)具有較高的可靠性、實(shí)時(shí)性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯組建成一個(gè)基于FPGA的片上專用系統(tǒng)。 本文在綜合考慮各種應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、指紋識別技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，提出了一種有效可行的系統(tǒng)架構(gòu)方案。對指紋識別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法和原理進(jìn)行了深入研究，合理的改進(jìn)了部分指紋識別算法；同時(shí)為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實(shí)現(xiàn)指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、特征提取和特征匹配算法原理進(jìn)行闡述，同時(shí)改進(jìn)了指紋圖像的細(xì)化算法，提高了算法的性能，并設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 2、針對指紋圖像預(yù)處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向?yàn)V波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保證系統(tǒng)誤識率較低、可靠性高的基礎(chǔ)上，大大提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度； 3、改變了傳統(tǒng)的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標(biāo)識身份，大大降低了識別系統(tǒng)的誤識率； 4、改進(jìn)了傳統(tǒng)的基于三角形匹配中獲取基準(zhǔn)點(diǎn)的方法，同時(shí)結(jié)合可變界限盒思想進(jìn)行指紋特征匹配。 5、結(jié)合COM+技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了后臺指紋特征匹配服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了嵌入式指紋識別系統(tǒng)同數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)信息交換。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的系統(tǒng)構(gòu)架方案有效可行，基于FPGA的自動(dòng)指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、擴(kuò)展性等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，擁有廣闊的發(fā)展前景。
標(biāo)簽： FPGA 嵌入式 指紋識別 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規(guī)模電路時(shí)常常需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間，以至于許多設(shè)計(jì)者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價(jià)來提高編制速度。電路編制過程中大部分時(shí)間花費(fèi)在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時(shí)間。 許多布線算法已經(jīng)被開發(fā)并獲得應(yīng)用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當(dāng)前最為流行的兩種。然而它們各有缺點(diǎn)：基于SAT的布線算法在可擴(kuò)展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當(dāng)實(shí)際問題具有嚴(yán)格的布線約束條件時(shí)，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結(jié)果可歸納如下。 1、在全面調(diào)查FPGA結(jié)構(gòu)的最新研究動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，確定了一種FPGA布線結(jié)構(gòu)模型，即一個(gè)基于SRAM的對稱陣列(島狀)FPGA結(jié)構(gòu)作為研究對象，該模型僅需3個(gè)適合的參數(shù)即能表示布線結(jié)構(gòu)。為使所有布線算法可在相同平臺上運(yùn)行，選擇了美國北卡羅來納州微電子中心的20個(gè)大規(guī)模電路作為基準(zhǔn)，并在布線前采用VPR399對每個(gè)電路都生成30個(gè)布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預(yù)制電路上運(yùn)行。 2、詳細(xì)研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協(xié)商的性能驅(qū)動(dòng)的布線算法PathFinder，一種快速的時(shí)延驅(qū)動(dòng)的布線算法VPR430和一種協(xié)商A
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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回波消除器廣泛應(yīng)用于公用電話交換網(wǎng)(PSTN)、移動(dòng)通信系統(tǒng)和視頻電話會(huì)議系統(tǒng)等多種語音通信領(lǐng)域。在PSTN系統(tǒng)中，由于線路阻抗不匹配，遠(yuǎn)端語音信號通過混合線圈時(shí)產(chǎn)生一定泄漏，一部分信號又傳回遠(yuǎn)端，產(chǎn)生線路回波，回波的存在會(huì)嚴(yán)重影響語音通信質(zhì)量。本文主要針對線路回波進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了滿足實(shí)用要求的基于FPGA平臺的回波消除器。 首先，對回波產(chǎn)生原理和目前幾種常用回波消除算法進(jìn)行了分析，在研究自適應(yīng)回波消除器的各個(gè)模塊，特別是深入分析各種自適應(yīng)濾波算法和雙講檢測算法，綜合考慮各種算法的運(yùn)算復(fù)雜度和性能的情況下，這里采用NLMS算法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)回波消除器。針對傳統(tǒng)雙講檢測算法在近端語音幅度較低情況下容易產(chǎn)生誤判的情況，給出一種基于子帶濾波器組的改進(jìn)雙講檢測算法。 本文首先使用C語言實(shí)現(xiàn)回波消除器的各個(gè)模塊，其中包括自適應(yīng)濾波器、遠(yuǎn)端檢測、雙講檢測、非線性處理和舒適噪聲產(chǎn)生模塊。經(jīng)過仿真測試，相關(guān)模塊算法能夠有效提高回波消除器性能。在此基礎(chǔ)上，本文使用硬件描述語言Veillog HDL，在QuartusⅡ和ModelSim軟件平臺上實(shí)現(xiàn)各功能模塊，并通過模塊級和系統(tǒng)級功能仿真以及時(shí)序仿真驗(yàn)證，最終在現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Arrav，F(xiàn)PGA)平臺上實(shí)現(xiàn)回波消除系統(tǒng)。本文詳細(xì)闡述了基于FPGA的設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)方法，并描述了自適應(yīng)濾波器、基于分布式算法FIR濾波器、除法器和有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)過程。 根據(jù)ITU-T G.168標(biāo)準(zhǔn)提出的測試要求，本文塒基于FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)回波消除系統(tǒng)進(jìn)行大量主客觀測試。經(jīng)過測試，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過G.168標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有良好的回波消除效果。
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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目前，H.264是圖像編碼研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。它在語言結(jié)構(gòu)、預(yù)測算法、數(shù)據(jù)變換等方面做了很大的改進(jìn)，在低碼率傳輸、高清晰度顯示及網(wǎng)絡(luò)接入等性能上相比以往標(biāo)準(zhǔn)有了顯著提高，使得H.264在視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、數(shù)字電視和手...
標(biāo)簽： 264 編碼器 幀內(nèi)預(yù)測 法的研究
上傳時(shí)間： 2013-05-27
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在軍事通信和民用通信的許多場合，都需要估計(jì)無線電信號的方向(DOA)。信號子空間方法是陣列測向方法中非常重要的一類。1979年Schmidt提出的 MUSIC算法是信號子空間方法的基礎(chǔ)，具有高精度和高分辨的性能。但是由于算法的...
上傳時(shí)間： 2013-07-17
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c語言經(jīng)典算法大全，讓您通過實(shí)例感受到編程的美妙境界
標(biāo)簽： 算法
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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