傅里葉變換是信號處理領(lǐng)域中較完善、應(yīng)用較廣泛的一種分析手段.但傅里葉變換只是一種時域或頻域的分析方法,它要求信號具有統(tǒng)計平穩(wěn),即時不變的特性.但是實際應(yīng)用中存在很多非平穩(wěn)信號,它們并不能很好的用傅立葉變換來處理.小波變換的出現(xiàn)解決了這個問題,它在處理非平穩(wěn)信號方面具有傅立葉變換無法比擬的優(yōu)越性.小波變換在通信技術(shù)、信號處理、地球物理、水利電力、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了日益廣泛的應(yīng)用.小波變換的研究成為了當今學術(shù)界的一個熱點.隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理朝著高速實時的方向發(fā)展,純軟件的程序式信號處理方法越來越不能滿足實際應(yīng)用的需求,因此人們希望用硬件電路來實現(xiàn)高速信號處理問題.基于以上原因,該文在研究了小波變換的基本理論和特點的基礎(chǔ)上,重點研究了小波變換的VLSI電路構(gòu)架,并用FPGA實現(xiàn)了它的功能.毫無疑問,該文所做的具體工作在理論和實踐上都有參考價值.論文中,在簡單介紹了小波變換的基本理論、特點和應(yīng)用;對信號小波變換分解,重構(gòu)的MATLAB算法進行了分析,為硬件實現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ).論文在研究了小波核心算法MALLAT算法的基礎(chǔ)上,以直觀的圖形方式描述了算法的流程圖;并由此提出了基于VLSI的電路模塊架構(gòu).根據(jù)上述模塊結(jié)構(gòu),對相關(guān)模塊進行了硬件描述語言(VERILOG-HDL)的建模,并且在仿真平臺上(ACTIVE-HDL)進行了仿真.在仿真正確的前提下,該文選用了EP20K100BC356-1V芯片作為目標器件進行了綜合和后仿真,并且將仿真結(jié)果通過MATLAB與理論參數(shù)進行了比較,結(jié)果表明設(shè)計是正確的.對設(shè)計中存在的誤差和部分模塊的進一步優(yōu)化,該文也作了分析和說明,為下一步實現(xiàn)通用IP核設(shè)計奠定了基礎(chǔ).
上傳時間： 2013-06-27
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小波變換是一種新興的理論，是數(shù)學發(fā)展史上的重要成果。它無論對數(shù)學還是對工程應(yīng)用都產(chǎn)生了深遠的影響。最新的靜態(tài)圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。 本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎(chǔ)，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數(shù)簡單、易于硬件實現(xiàn)，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結(jié)果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設(shè)計了二維離散小波變換的硬件結(jié)構(gòu)。設(shè)計過程中對標準二維小波變換做了優(yōu)化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優(yōu)化設(shè)計。對于邊界數(shù)據(jù)的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術(shù)，不需要額外的緩存，節(jié)約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統(tǒng)一起來，只要一個控制信號就可實現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。本文所提出的結(jié)構(gòu)采用基于行的變換方式，只需要六行中間數(shù)據(jù)即可完成全部行數(shù)據(jù)的小波變換。采用流水線技術(shù)提高了整個設(shè)計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。 在完成硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，使用Verilog硬件描述語言對整個設(shè)計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設(shè)計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發(fā)軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現(xiàn)，結(jié)果表明，本設(shè)計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。
上傳時間： 2013-07-25
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本文首先從數(shù)控系統(tǒng)的組成與特點進行詳細分析，然后對運動控制卡在整個系統(tǒng)中承擔功能進行了分析。根據(jù)數(shù)字型號處理器件的快速運算能力和現(xiàn)場可編程門陣列器件的靈活、通用性提出了基于DSP器件和FPGA器件進行總體設(shè)計的規(guī)劃。 本文重點詳細闡述了四軸運動控制卡硬件電路的設(shè)計。通過對現(xiàn)有部分PC總線的介紹與比較，設(shè)計選擇了PCI總線作為上位PC與運動控制卡的通信總線，并且選擇PCI9052芯片來設(shè)計PCI接口模塊；基于DSP器件的特點，設(shè)計選擇了TMS320LF2407芯片為核心，進行運算控制單元的設(shè)計，同時對其主要內(nèi)部資源進行了分配。最后，根據(jù)硬件的原理圖，完成了具體電路板的制作。 對軟件設(shè)計，文章主要對插補算法在DSP上的實現(xiàn)作了一些探討。介紹了兩種加速模式：梯形加速模式和s曲線加速模式。就逐點比較法直線和圓弧插補算法以及數(shù)字積分插補原理也進行了分析。最終，提出總體程序流程控制、速度控制算法、插補算法等的程序設(shè)計框架，并進行了具體程序設(shè)計。
上傳時間： 2013-05-31
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本論文對DSP和FPGA在交流伺服電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了詳細的設(shè)計，并完成了系統(tǒng)的規(guī)劃。論文完成的設(shè)計任務(wù)主要有：1、根據(jù)系統(tǒng)要求，詳細分析了運動控制系統(tǒng)，給出了運動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計，提出了一套對已有外圍設(shè)備適用的設(shè)計方案。2、根據(jù)實際情況，提出了簡單易于實現(xiàn)、實時性好的軌跡插補算法，并給出了插補算法的軟件設(shè)計，并在DSP中得以實現(xiàn)。3、使用匯編語言進行軟件設(shè)計，完成了運動控制卡中由DSP完成的運動控制任務(wù)，即在插補計算的同時完成加減速控制和三軸聯(lián)動的協(xié)調(diào)控制，以及其后的脈沖分配數(shù)的計算。4、根據(jù)系統(tǒng)運動要求，使用FPGA芯片設(shè)計了可連續(xù)發(fā)送均勻分布脈沖的脈沖分配器，實現(xiàn)對交流伺服系統(tǒng)發(fā)送運動控制指令。并給出了VHDL在FPGA中的軟件實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實現(xiàn)進行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據(jù)其編碼方案，設(shè)計并實現(xiàn)了相應(yīng)的編解碼器。從算法性能和硬件實現(xiàn)復(fù)雜度兩個方面，將該算法與具有類似算法結(jié)構(gòu)的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實現(xiàn)CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優(yōu)化算法復(fù)雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內(nèi)存模塊增加數(shù)據(jù)讀寫速度，利用DSP塊處理核心運算單元，從而很大程度上提高了模塊的運行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設(shè)計并實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時序仿真和驗證。在硬件系統(tǒng)測試階段，設(shè)計并實現(xiàn)FPGA與PC機的串口通信模塊，提高了系統(tǒng)驗證的工作效率。
上傳時間： 2013-05-19
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統(tǒng))系統(tǒng)中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統(tǒng)工作的主要因素。隨著區(qū)域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質(zhì)量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預(yù)處理系統(tǒng)的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預(yù)處理系統(tǒng)是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎(chǔ)上，面向?qū)嶋H應(yīng)用的需求，主要研究VTS雷達信號預(yù)處理算法的設(shè)計方法和實現(xiàn)手段，設(shè)計完成了一個數(shù)字化的雷達原始信號實時采集與處理系統(tǒng)。 本設(shè)計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結(jié)構(gòu)上，本設(shè)計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設(shè)計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現(xiàn)，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統(tǒng)的體積。 在算法研究中，設(shè)計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現(xiàn)有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎(chǔ)上，比較了各種算法的優(yōu)劣，最終選擇了一種適合本次設(shè)計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現(xiàn)。 論文中對設(shè)計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結(jié)果和試驗實際調(diào)試結(jié)果。通過本文所述的設(shè)計和實驗，本文設(shè)計的雷達信號預(yù)處理系統(tǒng)對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以“機車車輛輪對動態(tài)檢測裝置”為研究背景，以改進提升裝置性能為目標，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現(xiàn)圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標準的基本系統(tǒng)。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環(huán)境中完成軟核的設(shè)計與仿真驗證。 數(shù)據(jù)采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進行數(shù)字化，然后從數(shù)據(jù)流中提取有效數(shù)據(jù)，加以適當裁剪，最后將奇偶場圖像數(shù)據(jù)合并成幀，存儲到存儲器中。數(shù)字化及碼流產(chǎn)生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設(shè)置、控制，并對數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復(fù)雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現(xiàn)了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據(jù)JPEG標準基本系統(tǒng)順序編碼模式，在FPGA上實現(xiàn)了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數(shù)DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數(shù)RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實際的圖像數(shù)據(jù)塊對系統(tǒng)進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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目前的國內(nèi)的CCD高清攝相頭能夠輸出一組視頻信號和數(shù)字圖像信號，雖然視頻信號能夠直接在監(jiān)視器顯示，但是輸出的數(shù)字圖像信號占用存儲空間太大，不便于進行傳輸。本文設(shè)計了一種基于FPGA的數(shù)字圖像壓縮卡。 在過去的十幾年中，國際標準化組織制訂了一系列的國際視頻編碼標準并廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域。It.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 新發(fā)展的H．264/AVC比原有的視頻編碼標準大幅度提高了編碼效率，但其運算復(fù)雜度也大大增加，本文簡要分析了H．264/AVC的復(fù)雜度及其優(yōu)化的途徑，給出了主要模塊的優(yōu)化算法實驗結(jié)果。 H．264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，主要不同有：增強的運動預(yù)測能力，準確匹配的較小塊變換，自適應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波器，增強的熵編碼。測試結(jié)果表明這些新特征使H．264/AVC編碼器提高50％編碼效率的同時，增加了一個數(shù)量級的復(fù)雜度。實際中恰當?shù)厥褂肏．264/AVC編碼工具可以較低的實現(xiàn)復(fù)雜度得到與復(fù)雜配置相當?shù)木幋a效率。故實際編碼系統(tǒng)開發(fā)需要在運算復(fù)雜性和編碼效率之間進行折衷、兼顧考慮。H．264/AVC引入的新編碼特征既增加基本模塊的復(fù)雜度，也成倍增加算法的復(fù)雜度。針對它們的作用和實現(xiàn)方法的不同，可采用不同的硬件實現(xiàn)方法。本文基于上述思路進行優(yōu)化，具體的工作包括：針對去塊濾波的復(fù)雜性，本文提出一種適合硬件實現(xiàn)的算法，使其在節(jié)省了資源的同時，很好的達到了標準所定義的性能。針對變換量化的復(fù)雜性，本文提出一種既滿足整體的硬件流水結(jié)構(gòu)，又極大的降低了硬件資源的實現(xiàn)方法。針對碼率控制的實現(xiàn)，本文提出了一種有別于傳統(tǒng)實現(xiàn)方式的算法，在保證實時性的同時，極大的提高了編碼器的性能。本文基于上述算法還進行Baseline Profile編碼器的研究，給出了一種實時編碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對高清圖像格式(720P)的實時編碼，并將其和當前業(yè)界先進水平進行了對比，表明本文所實現(xiàn)得結(jié)構(gòu)能夠達到當前業(yè)界的先進水平。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著我國信息化發(fā)展進程加快，信息化覆蓋面擴大，信息安全問題也就隨之增多，其影響和后果也更加廣泛和嚴重。同時，信息安全及其對經(jīng)濟發(fā)展、國家安全和社會穩(wěn)定的重大影響，正日益突出地顯現(xiàn)出來，受到越來越多的關(guān)注。在和平年代，通過對信息載體進行大規(guī)模的物理破壞，從而達到危害信息安全的目的，在一定程度上是行不通的。然而，在信息安全的角力上，破壞者從來都沒有放棄過，他們把目標對準了信息載體中的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的易失性，計算機數(shù)據(jù)成為信息安全中的最大隱患，同時也是破壞信息安全的一個突破口。 本文提出研制硬盤加密卡的主要目的是為了防止對計算機數(shù)據(jù)的竊取，保護硬盤中的數(shù)據(jù)。破壞者在得到硬盤后，也不能夠得到硬盤中的數(shù)據(jù)，從而達到保護信息安全的目的。加密卡提供兩個符合ATA-6標準的接口，串接在主板IDE接口和硬盤之間。存儲在硬盤上的數(shù)據(jù)，是經(jīng)過加密以后的加密數(shù)據(jù)；從硬盤上讀出的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過該卡的解密才可被正常使用，否則只是一堆亂碼。加密卡采用FPGA技術(shù)實現(xiàn)IDE接口和加密算法，以減小加解密帶來的速度上的影響。 論文的工作重點主要有以下幾個方面的內(nèi)容：FPGA及VHDL語言的研究，ATA協(xié)議標準研究及IDE接口的FPGA實現(xiàn)。論文對ATA協(xié)議做了細致的研究，分析了硬盤接口的工作機制以及主機與硬盤之間的通信協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，重點研究了用FPGA的編程功能來實現(xiàn)一個計算機硬件底層接口協(xié)議的方法，詳細介紹了芯片的內(nèi)部框圖及FPGA的軟件流程圖，提出了在實現(xiàn)過程中應(yīng)注意的要點，最終用FPGA構(gòu)建了一個雙向IDE硬盤通道，實現(xiàn)了兩套符合ATA-6規(guī)范的IDE接口。
標簽： FPGA 硬盤 加密卡 中的應(yīng)用
上傳時間： 2013-08-02
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基于布里淵散射的分布式光纖傳感器是當前國內(nèi)外研究的熱點。本文介紹了基于布里淵散射的分布式光纖傳感器的的原理、應(yīng)用；布里淵時域反射技術(shù)(BOTDR)和布里淵時域分析技術(shù)(BOTDA)的原理。 受激布里淵散射(SBS)的過程中，入射光和散射光滿足耦合振幅方程組。我們對該方程組采用有限差分法進行數(shù)值計算，并用Matlab模擬計算過程，對布里淵散射信號進行分析。 根據(jù)布里淵散射信號的特點，我們采用基于Morlet小波變換的DSP信號算法來處理 BOTDR傳感信號。通過對該算法的核心單元——快速傅立葉變換(FFT)的硬件實現(xiàn)，我們在Stratix FPGA上實現(xiàn)了基于Morlet小波變換的DSP算法的硬件電路設(shè)計。 最后，在此基礎(chǔ)上，我們對電路功能進行實際的仿真和驗證，并和Matlab得到結(jié)果進行比較和分析。
上傳時間： 2013-07-22
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