人體血液成份的無創檢測是生物醫學領域尚未攻克的前沿課題之一，動態光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個體差異和測量條件對檢測結果的影響。實現動態光譜檢測，其關鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進行處理。針對動態光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數據量大的特點，本文設計了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動態光譜數據采集與預處理系統，提高檢測精度，采集出滿足動態光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動態光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實現進行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規光柵光譜儀中的光電接收器，實現對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結合面陣CCD的二維圖像特點，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進行傳輸和存儲。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號的信噪比，同時減小了數據的傳輸速度和傳輸量，降低了對存儲器容量的要求，改善了動態光譜信號檢測系統的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復合視頻信號的特點，設計視頻信號解調電路，得到高速、高精度的數字視頻信號和準確的視頻同步信號，用于后續的視頻信號采集與處理。 根據動態光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺，設計并實現了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預處理系統。該系統實現了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高速同行累加，實現了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統，通過對其應用程序的開發，可靠的實現了數據的采集、傳輸和存儲，提高了系統的集成度，降低了開發成本。 為實現動態光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實現方案，對各關鍵模塊進行設計，為動態光譜信號的進一步處理打下良好的基礎。 最后，通過實驗證明了系統數據采集的正確性和信號預處理的可行性，得到了符合動態光譜信號提取要求的脈搏波信號。
上傳時間： 2013-04-24
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激光光譜探測是激光偵查、激光告警、污染物檢測等領域中采用的重要技術。通過對來襲激光的光譜特征進行識別，可以為光電對抗提供依據。本文在分析和研究現有激光光譜探測技術的基礎上，提出了通過非掃描M-Z干涉法來獲取激光信號的相干圖，并對該圖進行快速傅立葉變換，從而實時獲得激光光譜的技術。 在研究中，由M-Z干涉具形成的激光干涉條紋經CCD相機轉換后以時間序列依次輸出電信號，該時間序列的快速傅立葉變換用FPGA實現。論文依據告警系統響應時間和信噪比的要求，確定了探測器陣列的結構類型和有關參數；設計了CCD相機和FPGA的接口電路；編寫了數據傳輸和存儲模塊。 在快速傅立葉變換的實現上，首先確定了采用基2按時間抽取的方法作為實現算法；應用型號為XC3S400的FPGA芯片，依靠ISE8.1軟件開發平臺，用硬件語言編寫了精度為10位，序列長度為512點的快速傅里葉變換程序，并將所有程序成功下載到FPGA的配置芯片中。 此外，論文還設計了顯示、電壓轉換、FPGA配置電路。最后，對設計的快速傅里葉變換模塊進行了測試，將FPGA運算結果與理論計算結果進行了比較，結果表明FPGA計算結果達到應有的精度，運行速度可以滿足激光光譜的實時探測要求。
上傳時間： 2013-08-04
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由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經廣泛應用于衛星通信系統。然而隨著航天事業的發展，衛星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設計與實現、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內部進行功能和時序確認，最終在整個數據傳輸系統中測試其性能。本文所實現的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內此領域內的相關產品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設計和調試一根據已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設計問題，包括編譯碼的基本結構，各個模塊的功能及實現策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據軟件仿真結果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設計。利用卷積碼本身的特點，結合FPGA內部結構，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設備在整個數據傳輸系統中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數傳系統進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數據的吞吐量大，對實時系統來說轉換的速度是一個關鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統的方法是用更快的處理器，并行算法或專用硬件。隨著數字技術的發展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發展，當前的FPGA芯片已經能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關性。詳細內容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法的硬件實現方案，該方案針對移動設備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數空間到紋理地址的計算中用定點數來實現。詳細內容請閱讀第四章。 3、實現了紋理映射流水線單元紋理地址產生電路，及紋理濾波電路的FPGA設計，并給出設計的綜合和仿真結果。詳細內容請閱讀第五章4、實現了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關鍵路徑進行了優化；除法器為基于改進型泰勒級數展開的查找表結構實現，查找表尺寸只有208字節，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間： 2013-04-24
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計算機圖形學中真實感成像包括兩部分內容：物體的精確圖形表示；場景中光照效果的適當的描述。光照效果包括光的反射、透明性、表面紋理和陰影。對物體進行投影，然后再可見面上產生自然光照效果，可以實現場景的真實感顯示。光照明模型主要用于物體表面某點處的光強度計算。面繪制算法是通過光照模型中的光強度計算，以確定場景中物體表面的所有投影像素點的光強度。Phong明暗處理算法是生成真實感3D圖像最佳算法之一。但是由于其大量的像素級運算和硬件難度而在實現實時真實感圖形繪制中被Gotuaud明暗處理算法所取代。VLSI技術的發展以及對于高真實感實時圖形的需求使得Phong明暗處理算法的實現成為可能。利用泰勒級數近似的Fast Phong明暗處理算法適合硬件實現。此算法需要存儲大量數據的ROM。這增加了實現的難度。 本文完成了以下工作： 1、本文簡述了實時真實感圖形繪制管線，詳細敘述了所用到的光照明模型和明暗處理方法，并對幾種明暗處理方法的效果作了比較，實驗結果表明Fast Phong明暗處理算法適用于實時真實感圖形繪制。 2、在熟悉Xilinx公司FPGA芯片結構及其開發流程的基礎上，結合Xilinx公司提供的FPGA開發工具ISE 7.1i，仿真工具為ISE simulator，綜合工具為XST；完成了Fast Phong明暗處理模塊的FPGA設計與實現。綜合得到的電路的最高頻率為54.058MHz。本文的Fast Phong明暗處理硬件模塊適用于實時真實感圖形繪制。 3、本文通過誤差分析，提出了優化的查找表結構。通過在FPGA上對本文所提結構進行驗證。結果表明，本方案在提高速度、精度的同時將ROM的數據量從64K*8bit減少至13K*8bit。
上傳時間： 2013-06-21
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隨著人們對無線通信需求和質量的要求越來越高，無線通信設備的研發也變得越來越復雜，系統測試在整個設備研發過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發周期，測試人員需要在實驗室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設計的系統進行調試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統硬件調試與測試不可或缺的儀器之一。 本文設計的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實現了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現了四根天線數據的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個反射體構成，每根天線可分辨路徑和反射體的數目可以獨立配置。通過對每個反射體初始角度和初始相位的設置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機數，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關特性，得到的多徑傳播信道是一個離散的廣義平穩非相關散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數據傳輸環境，上行數據由后臺產生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數據在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調，最后測試數據的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141協議中對通信設備測試的要求和無線信道自身的特點，完成了對無線信道仿真器系統設計方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內部資源結構，研究了信道仿真器FPGA實現過程中的困難和資源的消耗，進行了模塊劃分。主要完成了時延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級代碼的開發、仿真、綜合和板上調試；完成了FPGA和后臺軟件的聯合調試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。 最后，在完成無線信道仿真器的硬件設計之后，對無線信道仿真器的測試根據3GPP TS 25.141 V6.13.0協議中的要求進行，即在數據誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環境和不同傳輸業務下的信噪比(Eb/No)進行測試，單天線和多天線的測試結果符合協議中規定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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普通GPS接收機在特殊環境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內環境的情況下，由于衛星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛星信號，導致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發展和應用前景，特別是在交通事故、火災和地震等極端環境下，快速準確定位當事者所處位置對于降低事態損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發達國家也都制定了相應的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發展政策。而高靈敏度GPS接收機定位的關鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內容是針對GPS微弱信號改進處理方法。針對傳統GPS接收機信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實現快速高靈敏度的準確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數據導致的運算量激增，運用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運算量同時縮短捕獲時間。針對傳統GPS接收機延遲鎖相環跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環境下低信噪比信號的跟蹤能力，實現微弱信號的連續可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進而使GPS接收機在惡劣環境下衛星信號微弱時能夠實現較好的定位與導航。 通過擬合GPS接收機實際接收到的原始數據，構造出不同載噪比的數字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進行仿真比較驗證，結果表明，對接收機后端信號處理部分作出的算法改進使得GPS接收機可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數據處理特征使用FPGA技術對算法主要的數據處理部分進行了初步的構架實現并進行了板級驗證，結果表明，利用FPGA技術可以較好的實現算法的數據處理功能。文章最后給出了結論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進而實現微弱信號環境下的定位與導航。
上傳時間： 2013-04-24
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本文研究的視頻處理系統是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現”的一部分，主要完成計算機視覺系統的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統進行高層處理的基礎，優秀的預處理算法能有效改善圖像質量，提高系統分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統整體架構的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據VGA顯示的要求，給出了一種實現圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據算法特點設計了多種采用FPGA實現的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現充分利用了FPGA的片內資源，體現了FPGA在圖像處理方面的特點及優勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現，從而簡化了系統整體結構。視頻采集和預處理系統在FPGA上的成功實現為“計算機視覺及其芯片化實現”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據。
上傳時間： 2013-04-24
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的Mobius反演公式解決了一系列重要的物理學中的逆問題，開創了應用、推廣數論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年當時就得到了世界著名的《NATURE》雜志的高度評價。 華僑大學蘇武潯教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形(包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等)的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統中，提出了一種新的通信系統，即新型Chen-Mobius通信系統。 本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件設計實現和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統的實現。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統進行仿真分析，對該系統在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler將Chen-Mobius多路通信系統的主體模塊(函數及積分器的產生等)轉化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構架完整的Chen-Mobius通信系統，并對此系統設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件實現。 另外，利用Chen-Mobius單路通信系統的調制、解調系統分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發板上成功實現了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統應用于通信領域的各個方面，邁開堅實的一步。
標簽： ChenMobius FPGA 通信系統 硬件實現
上傳時間： 2013-07-24
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單片機多功能調試助手一款集串口/USB/網絡調試、進制轉換、字模與數碼管字型碼制作、常用校驗值計算、UNICODE碼轉換、位圖輸出C文件等眾多功能于一身的綜合型調試軟件，最值得慶幸的是該軟件會一直保持更新，并支持在線升級功能，這樣大家手頭上的單片機多功能調試助手總是最新的！ 單片機多功能調試助手與其他調試軟件有什么優勢： 1) 一直保持為單文件狀態，不會因為需要保存配置信息而創建其他其他文件，所以該軟件非常容易攜帶。 2) 一直體貼著開發者，所有重要的配置在關閉該軟件時將會得到保存，重啟軟件后會重新導入以前的配置信息，免去重復選擇或填入數據的操作。 3) 集成了串口/USB/網絡調試功能，并在串口/USB/網絡調試的過程中，該軟件提供了監視和多項發送功能。通過使用監視端口的功能就可以清晰地分辨出發送與接收的數據的順序；通過使用多項發送功能就可以省去重復刪除或填寫待發送數據的步驟。 4) 在線升級功能是該軟件的最得意之處，理所當然地也是開發者最倍受關注的功能。
上傳時間： 2013-08-01
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