現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關運算等數(shù)字信號處理算法的高效實現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設計了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)乘累加(MAC)運算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
標簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
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隨著以計算機技術(shù)為核心的信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅(qū)動下，顯示技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展。使用FPGA/CPLD設計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據(jù)不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業(yè)產(chǎn)品，做一些特殊的設計，以最小的代價滿足系統(tǒng)的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點。 本文設計了一個采用FPGA設計的液晶顯示控制器，主要解決以下內(nèi)容：采用Cyclone芯片設計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設計，重點介紹了如何通過特殊設計控制器與CPU協(xié)調(diào)的工作，驅(qū)動系統(tǒng)所需時序信號的產(chǎn)生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時間抖動算法和幀率控制原理及實現(xiàn)，顯示數(shù)據(jù)的緩沖、轉(zhuǎn)化方法，使用FPGA設計的用于本系統(tǒng)的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點是各個模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個非常可行的，具有廣泛的通用性。 關鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發(fā)生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對數(shù)字電視和數(shù)字視頻信息的需求越來越大，數(shù)字電視廣播在中國迅速的發(fā)展起來。近幾年，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟，數(shù)字電視地面廣播（DTTB）傳輸標準也于2006年8月30號正式出臺。此標準技術(shù)是由我國多家單位聯(lián)合研究的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字地面電視傳輸標準。DTTB系統(tǒng)標準的研究與仿真，具有巨大的實用價值和廣闊的市場前景。 @@ 本文首先研究了地面數(shù)字電視廣播標準中平方根升余弦（SRRC）濾波器（滾降系數(shù)為0．05）的結(jié)構(gòu)設計，介紹了一種適合在FPGA中實現(xiàn)的高階高速FIR濾波器的并行流水線結(jié)構(gòu)。在本設計中，以CSD數(shù)優(yōu)化濾波器系數(shù)，并運用簡化加法器圖（Reduced Adder Graph，RAG）算法進行改進，最后采用并行處理的轉(zhuǎn)置型流水線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。 @@ 接著研究數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴什捎玫膫鬏敿夹g(shù)-OFDM的基本概念和技術(shù)特點，并研究了清華大學提出的DMB-T方案中TDS-OFDM信號幀的組成結(jié)構(gòu)以及相關原理。 @@ 最后，本文針對OFDM調(diào)制所需要的3780點FFT處理器進行研究。為了保證OFDM信號的采樣率和時域?qū)ьl的采樣率相同，以達到較好的同步性能，采用了3780個正交子載波的設計方案。在實現(xiàn)過程中，分析比較了多種算法的計算復雜性，設計出在硬件實現(xiàn)復雜度上進行優(yōu)化的3780點FFT處理器的數(shù)據(jù)流流水線算法。之后，通過定點仿真比較各模塊輸出的動態(tài)范圍和概率分布，設計出定點字長的優(yōu)化方案，并分析計算了這一處理器的輸出信噪比與內(nèi)部各模塊字長的關系，進一步降低了硬件實現(xiàn)復雜性。 @@關鍵字：數(shù)字電視地面廣播傳輸（DTTB）；平方根升余弦濾波器（SRRC）；正交頻分復用調(diào)制（OFDM）；快速傅立葉變換（FFT）； 3780
上傳時間： 2013-04-24
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人臉自動識別技術(shù)是模式識別、圖像處理等學科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發(fā)展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術(shù)作為各種生物識別技術(shù)中最重要的方法之一，已經(jīng)越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細分析了智能人臉識別算法原理，發(fā)展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預處理算法，PCA和ICA 算法，詳細分析了項目情況，系統(tǒng)劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(verilog HDL)對算法部分嚴格按照FPGA代碼風格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優(yōu)化處理，通過仿真與軟件算法結(jié)果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現(xiàn)。 主要研究內(nèi)容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統(tǒng)資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調(diào)試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應正確的結(jié)果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設計和調(diào)試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現(xiàn)優(yōu)異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準確，弱時實的特點。預處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態(tài)和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎上，保證原來效果的前提下，根據(jù)FPGA 硬件特點對算法進行了優(yōu)化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數(shù)據(jù)，預處理算法在C++算法的基礎上進行了優(yōu)化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現(xiàn)時可以根據(jù)系統(tǒng)要求，在FPGA的ip 核和自己設計的模塊之間選擇性能更好的一個來調(diào)用，F(xiàn)IFO的設計提供同步和異步時鐘域的數(shù)據(jù)緩存。設計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和比對。全部設計模塊通過仿真，達到預定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-07-13
上傳用戶：李夢晗
Scaler是平板顯示器件(FPD，F(xiàn)lat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉(zhuǎn)換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎上，采用自上而下(Top-down)的設計方法，給出了scaler的設計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調(diào)，也可以以IP core的形式應用于相關圖像處理芯片中。 圖像縮放內(nèi)核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結(jié)構(gòu)設計決定著縮放性能的優(yōu)劣，也是控制芯片成本的關鍵。因此，本文從縮放內(nèi)核的結(jié)構(gòu)入手，對scaler的總體結(jié)構(gòu)進行了設計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優(yōu)化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復雜度。FPGA設計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結(jié)構(gòu)，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。使用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：行列縮放可以同時進行，數(shù)據(jù)處理的可靠性高、速度快：內(nèi)核結(jié)構(gòu)簡單明了,數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小合適，便于設計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數(shù)計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設計使用Verilog HDL對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統(tǒng)仿真，證明該scaler的設計達到了預期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩(wěn)定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關聯(lián)的，溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產(chǎn)生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統(tǒng)的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構(gòu)成。單片機主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調(diào)用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠?qū)崟r記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實現(xiàn)了糧倉內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)測，使管理人員可以實時掌控糧倉內(nèi)的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路，易于系統(tǒng)擴展和升級，內(nèi)部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統(tǒng)的體積，縮短了開發(fā)周期，大大增強了系統(tǒng)的可靠性；配合功率驅(qū)動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節(jié)省了開發(fā)成本，使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產(chǎn)品高精度，集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數(shù)，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調(diào)試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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本項目完成的是基于中國“數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制”國家標準的發(fā)射端系統(tǒng)FPGA設計與實現(xiàn)。在本設計中，系統(tǒng)采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA為基礎構(gòu)建的主硬件處理平臺。對于發(fā)射端系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理部分的擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC)、符號星座映射、符號交織、系統(tǒng)信息復用、頻域交織、幀體數(shù)據(jù)處理(OFDM調(diào)制)、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器(SRRC)等各模塊都是基于FPGA硬件設計實現(xiàn)的。其中關鍵技術(shù)：TDS-OFDM技術(shù)及其和絕對時間同步的復幀結(jié)構(gòu)、信號幀的頭和幀體保護技術(shù)、低密度校驗糾錯碼(LDPC)等，體現(xiàn)了國標的自主創(chuàng)新特點，為數(shù)字電視領域首次采用。其硬件實現(xiàn)，亦尚未有具體產(chǎn)品參考。 本文首先介紹了當今國內(nèi)外數(shù)字電視的發(fā)展現(xiàn)狀，中國數(shù)字電視地面廣播傳輸國家標準的頒布背景。并對國標系統(tǒng)技術(shù)原理框架，發(fā)端系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及FPGA設計的相關知識進行了簡要介紹。在此基礎上，第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA實現(xiàn)的發(fā)射端系統(tǒng)各主要功能模塊的具體結(jié)構(gòu)設計，論述了系統(tǒng)中各功能模塊的FPGA設計和實現(xiàn)，包括設計方案、算法和結(jié)構(gòu)的選取、FPGA實現(xiàn)、仿真分析等。第四章介紹了對整個系統(tǒng)的級連調(diào)試過程中，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行的優(yōu)化調(diào)整，并對級連后的整個系統(tǒng)的性能進行了仿真、分析和驗證。作者在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關資料，了解并分析國標系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)和原理，分解其功能模塊。 2.制定了基于國標的發(fā)端系統(tǒng)FPGA實現(xiàn)的框架及各模塊的接口定義。 3.調(diào)整和改進了3780點IFFT OFDM調(diào)制模塊及滾降濾波器模塊的FPGA設計并驗證。 4.完成了擾碼器、前向糾錯編碼、符號星座映射、符號交織、系統(tǒng)信息復用、頻域交織、幀體數(shù)據(jù)處理、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器等功能模塊的FPGA設計和驗證。 5.在系統(tǒng)級連調(diào)試中，利用各模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)。 6.完成了整個發(fā)射端系統(tǒng)FPGA部分的調(diào)試、分析和驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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信息安全在當今的社會生產(chǎn)生活中已經(jīng)被廣為關注，對敏感信息進行加密是提高信息安全性的一種常見的和有效的手段。 常見的加密方法有軟件加密和硬件加密。軟件加密的方法因為加密速度低、安全性差以及安裝不便，在一些高端或主流的加密處理中都采用硬件加密手段對數(shù)據(jù)進行處理。硬件加密設備如加密狗和加密卡已經(jīng)廣泛地應用于信息加密領域當中。 但是加密卡和加密狗因為采用的是多芯片結(jié)構(gòu)，即采用獨立的USB通信芯片和獨立的加密芯片來分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB傳輸和加密功能，如果在USB芯片和加密芯片之間進行數(shù)據(jù)竊聽的話，很輕易地就可以獲得未加密的明文數(shù)據(jù)。作者提出了一種新的基于單芯片實現(xiàn)的USB加密接口芯片的構(gòu)想，采用一塊芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB2.0通信和AES加密功能，命名為USB2.0加密接口芯片。 USB2.0加密接口芯片采用了USB2.0接口標準和AES加密算法。該加密芯片可以實現(xiàn)與主機的快速通信，具有快速的密碼處理能力，對外提供USB接口，支持基于USB密碼載體的自身安全初始化方式。 根據(jù)設計思想，課題研究并設計了USB2.0加密接口芯片的總體硬件架構(gòu)，設計了USB模塊和AES加密模塊。為了解決USB通信模塊與AES加密模塊之間存在的數(shù)據(jù)處理單元匹配以及速度匹配問題，本文設計了AESUSB緩沖器，優(yōu)化了AES有限域加密算法。最后，利用VerilogHDL語言在FPGA芯片上實現(xiàn)了USB2.0加密接口芯片的功能，并在此基礎之上對加密芯片的通信和加密性能進行了測試和驗證。
上傳時間： 2013-05-24
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隨著圖像處理技術(shù)和投影技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術(shù)。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內(nèi)部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞，并能實時從上位機更新參數(shù)。該設計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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語音編碼技術(shù)始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸?shù)囊粋€重要環(huán)節(jié)，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯(lián)合開發(fā)的，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復雜度以便于實時實現(xiàn)。因其具有良好的合成語音質(zhì)量、適中的復雜度、較低的時延等優(yōu)點，G729A標準已被廣泛應用在VOIP網(wǎng)關、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領域的優(yōu)勢，對G729A語音編碼中的線性預測(LP)濾波器系數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發(fā)展進行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術(shù)。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了研究，分析了在QuartusII開發(fā)平臺上進行FPGA設計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統(tǒng)的LP分析部分做了具體設計，其中包括自相關函數(shù)和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進行了詳細的分析。第四，針對系統(tǒng)所使用的除法運算都是商小于1的特點，設計并實現(xiàn)了一個系統(tǒng)專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統(tǒng)進行了驗證，證明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-20
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