在圖像處理及檢測系統中，實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上，應用嵌入式系統設計和圖像處理技術，以交通信息視頻檢測系統為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用，通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術，針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端，并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2．應用模塊化的硬件設計方法，構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題，并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優缺點的基礎上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現結構圖，應用VHDL硬件描述語言編程、實現，仿真結果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50％，更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度，增強了檢測系統的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術，在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構，用VHDL語言實現，并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟，針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像，方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術，針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現，仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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體視攝像顯示技術的研究以應用于微創傷外科的光電醫療儀器——三維電視內窺鏡的開發與研制為背景，設計研究一種基于FPGA技術的立體顯示系統，以滿足三維立體內窺鏡、戰場立體觀察系統和立體電影等設備的技術要求。 主要研究內容是對體視攝像顯示系統的進行硬件電路設計、VerilogHDL 語言的軟件編程、并采用MCU(Micro Control IJnit)的I
上傳時間： 2013-05-30
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在很多高精度計算場合需要采用浮點運算。過去用門電路進行各種運算通常為定點運算，但其計算精度有限。隨著現場可編程門陣（FPGA）的迅速發展，可以采用FPGA實現浮點運算。 本文首先介紹定點數和浮點數的格式，完成基于FPGA的幾種常用浮點運算器的VHDL設計，包括浮點數與定點數之間的相互轉換，浮點加法器、減法器、乘法器以及除法器。在這些浮點運算單元電路中采用多級流水線技術，并在某些方面優化算法，提高了運算器的性能。在此基礎上討論浮點運算器的應用，通過調用自主開發的浮點乘、加模塊設計浮點FIR濾波器，并將其應用于正交中頻采樣，結果表明浮點運算的正交中頻采樣可以得到更高的鏡頻抑制比。最后應用浮點運算模塊設計浮點FFT處理器，在FPGA中實現高精度的FFT處理。
上傳時間： 2013-05-20
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使用Java語言有非常多的好處，如安全的對象引用、語言級支持多線程和跨平臺等特性。但是嵌入式系統中Java語言的應用卻很少見，這是由于Java如下兩方面的不足： (1)Java虛擬機實現需要大量的硬件資源；(2)Java語言的運行時間不可預測。 為此，本論文將實現一個能夠應用在低端FPGA器件的實時Java虛擬機。論文的主要創新點如下： 1．使用基于堆棧的RISC模型處理器實現CISC模型的JVM； 2．處理器微指令無任何相關性； 3．所設計的JVM能使Java程序擁有足夠的底層訪問能力。 論文的主要內容和工作如下： 1．制定基于堆棧的RISC結構處理器各級結構。 2．設計簡潔高效的處理器微指令，并且微指令能夠滿足字節碼的需要。 3．制定Java字節碼到處理器代碼的轉換關系和快速轉換結構。 4．設計中使用高速緩存，提高運行速度。 5．優化堆棧的硬件結構，使得出棧入棧操作更加簡潔快速。 6．設計一系列的本地方法，使得Java程序能夠直接訪問底層資源。 7．將Java類庫使用本地方法實現。 8．自定義程序在內存中的結構，并使用裝載工具實現。 9．制定處理外圍數據處理機制，如IO和內存接口10．制定中斷處理方式，并且實現軟中斷的機制。
上傳時間： 2013-06-11
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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發，首先分析了系統開發平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發展的歷程出發，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發生頻率進行優化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩定，圖像恢復后質量高等優點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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PROFIBUS現場總線技術是當今控制領域的一個熱點。目前國內對于PROFIBUS-DP的應用和研究主要以西門子等國外大公司的成套設備為主，用單片機+固態程序的方法做PROFIBUS-DP接口控制器的技術比較成熟，而自主開發PROFIBUS-DP通用接口的研究卻比較少。針對這一現狀，本論文采用FPGA做控制器，提出了基于FPGA技術的從站接口通信模塊的設計方案，使具有RS-232接口的從站可以通過該接口通信模塊與PROFIBUS-DP主站進行通訊連接。 論文首先對PROFIBUS現場總線技術進行概述，主要從現場總線的技術特點、協議結構、傳輸技術、存取協議等方面進行介紹。對PROFIBUS-DP系統組成和配置、工作方式及數據傳遞、DP的功能和從站狀態機制等進行研究和分析。然后詳細論述了基于PROFIBUS-DP的通信接口的硬件及軟件實現。 在硬件設計中，本文從PROFIBUS協議芯片SPC3實現的具體功能出發，結合EDA(Electronic Design Amomation)設計自項向下的設計思想，給出了總線接口的總體設計方案。同時給出其設計邏輯框圖、算法流程圖、引腳說明以及部分模塊的仿真結果。并充分考慮了硬件的通用性及將來的擴展。 本設計使用VHDL描述，在此基礎之上采用專門的綜合軟件對設計進行了綜合優化，最后在FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片EP1C6上得以實現。在軟件設計中，詳細介紹了通信接口的軟件設計實現，包括狀態機的實現、各種通信報文的實現、GSD文件的編寫等。 再通過Siemens公司的CP5611網絡接口卡和PC機做主站，使用COMPROFIBUS組態軟件，組建系統進行通訊測試，得到良好結果。
標簽： PROFIBUSDP FPGA 接口
上傳時間： 2013-05-25
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩定性，并且降低了開發難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經成功地應用于許多難優化問題，現已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現遺傳算法能夠充分發揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。 本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析，結合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設計了標準遺傳算法硬件框架；為了進一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究，討論了其各自的優缺點及研究現狀，并在此基礎上提出一種適合硬件實現的粗粒度并行遺傳算法。 我們構建的基于FPGA構架的標準遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實現各模塊功能。經過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數的優化問題，給出了實驗結果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調用。 最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數優化中的一些尚待解決的問題進行了討論，并對本課題未來的研究進行了展望。
上傳時間： 2013-07-22
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視頻監控一直是人們關注的應用技術熱點之一，它以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監控系統中，經常需要對多路視頻信號進行實時監控，如果每一路視頻信號都占用一個監視器屏幕，則會大大增加系統成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監視器顯示，是視頻監控系統的核心部分。 傳統的基于分立數字邏輯電路甚至DSP芯片設計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術的視頻圖像畫面分割器的設計與實現。 本文對視頻圖像畫面分割技術進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數據格式的畫面分割方法設計；系統采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數字電路集成在一起，電路結構簡潔，具有較好的穩定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數據提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經視頻解碼芯片轉換為數字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據畫面分割需要進行視頻圖像數據抽取，并將抽取的視頻圖像數據按照一定的規則存儲到圖像存儲器。最后，按照數字視頻圖像的數據格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態配置等方法，實現四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統集成度，并可根據系統需要修改設計和進一步擴展功能，同時提高了系統的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機和信息技術的飛速發展，信息的安全性越來越受到人們的重視。敏感信息的電子化在使用戶得到便利的同時，數據、資源免泄漏也成為了人們必須注意的一個大隱患。在這個信息全球化的時代，病毒、黑客、電子竊聽欺騙、網絡攻擊都是人們所必須面對的重大問題。出于這種需要，加密自然吸引了人們的注意力，而傳統的軟件加密技術已經越來越不能滿足信息安全對運算速度和系統安全性的需求，硬件設施的開發顯示出其重要性，硬件加密模塊的地位也越來越重要。但其安全性仍存在著一定的問題，對安全性研究仍是不可放松的一個重要問題。 本文介紹了目前幾種流行加密算法及標準，并對典型的公鑰密碼標準RSA進一步說明。RSA算法可以進行數字簽名、數據加/解密，將其應用于數據安全領域具有很大的意義。針對于目前硬件加解密相對于軟件加解密的種種優勢，論文重點研究RSA算法的基于硬件FPGA的設計實現方案。FPGA是近幾年的超大規模集成電路設計的焦點，其速度及成本等都占有一定的優勢。對RSA算法的FPGA設計，論文主要研究兩方面的內容：密鑰生成部分中的素數檢測問題和加/解密算法中關鍵瓶頸--大數模乘及模冪運算。并進行了軟硬件的仿真、驗證與測試。論文對RSA設計模塊的可應用領域之一--智能卡及其安全性做了簡單的介紹，并對論文所研究實現的模塊在其中的應用進行了說明，從而體現了其實際應用價值。
上傳時間： 2013-07-06
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