H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 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，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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糾錯碼技術是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯碼，在線性分組碼中，它具有最強的糾錯能力，既能糾正隨機錯誤，也能糾正突發錯誤，在深空通信、移動通信、磁盤陣列、光存儲及數字視頻廣播(DVB)等系統中具有廣泛的應用。 DVD是一種高容量的存儲媒質。DVD技術的應用很廣泛，在數字技術中占有重要地位。DVD系統中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進行糾錯，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發階段具有安全、方便、可隨時修改設計等不可替代的優點，在電子系統中采用FPGA可以極大的提升硬件系統設計的靈活性，可靠性，同時提高硬件開發的速度和降低系統的成本。FPGA的固有優點使其得到越來越廣泛的應用，FPGA設計技術也被越來越多的設計人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實現方案，詳細分析了譯碼器的ME算法和改進BM算法的實現，針對ME算法提出了一種流水線結構的糾刪糾錯RS譯碼器實現方案，在譯碼器復雜度和延時上作了折衷，降低了譯碼器的復雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對編譯碼電路進行優化。這些技術的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設計并成功實現了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時間： 2013-07-20
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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研制發射微小衛星，是我國利用空間技術服務經濟建設、造福人類的重要途徑。現代微小衛星在短短20年里能取得長足的發展，主要取決于微小衛星自身的一系列特點：重量輕，體積小，成本低，性能高，安全可靠，發射方便、快捷靈活等。在衛星通信系統中，由于傳輸信道的多徑和各種噪聲的影響，信號在接收端會引起差錯，通過信道編碼環節，可對這些不可避免的差錯進行檢測和糾正。 在微小衛星通信鏈路中，信道編碼器的任務是差錯控制。本文采用符合空間數據系統咨詢委員會CCSDS標準的鏈接碼進行信道編碼，即內碼為（2，1，6）的卷積碼，外碼為（255，223）的RS碼，中間進行交織操作。其中，里德-索羅蒙碼(簡稱RS碼)是一種重要的非二進制BCH碼，是分組碼中糾錯能力最強的糾錯碼，一次可以糾正多個突發錯誤，廣泛地用于空間通信中。 本文針對南京航空航天大學自行研制的微小衛星通信分系統的技術要求，在用SystemView和C語言仿真的基礎上，用硬件描述語言Verilog設計了RS（255，223）編碼器和譯碼器，使用Modelsim軟件進行了功能仿真，并通過Xilinx公司的軟件ISE對設計進行綜合、布局布線，最后生成可下載的比特流文件下載到Xilinx公司的型號為XC3S2000的FPGA芯片中，完成了電路的設計并實現了編碼譯碼的功能，表明本文設計的信道編解碼器的正確性和實用性，滿足了微小衛星通信分系統的技術要求。
上傳時間： 2013-08-01
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數和最大迭代次數均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統開發板。該開發板可提供高速以太網MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統需求。系統測試結果表明，本文所實現的并行Turbo編譯碼器及其開發板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統的架構。第四章介紹了FPGA系統開發板設計與調試的一些工作。最后一章為本文總結及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體編碼技術的發展，視頻壓縮標準在很多領域都得到了成功應用，如視頻會議(H.263)、DVD(MPEG-2)、機頂盒(MPEG-2)等等，而網絡帶寬的不斷提升和高效視頻壓縮技術的發展使人們逐漸把關注的焦點轉移到了寬帶網絡數字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸的業務上來。帶寬的增加為流式媒體的發展鋪平了道路，而高效的視頻壓縮標準的出臺則是流媒體技術發展的關鍵。H.264/AVC是由國際電信聯合會和國際標準化組織共同發展的下一代視頻壓縮標準之一。新標準中采用了新的視頻壓縮技術，如多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數DCT變換、變塊尺寸運動補償、基于上下文的二元算術編碼(CABAC)、基于上下文的變長編碼(CAVLC)等等，這些技術的采用大大提高了視頻壓縮的效率，更有利于寬帶網絡數字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸的業務的實現。 本文主要根據視頻會議應用的需要對JM8.6代碼進行優化，目標是實現基于Baseline的低復雜度的CIF編碼器，并對部分功能模塊進行電路設計。在設計方法上采用自頂向下的設計方法，首先對H.264編碼器的C代碼和算法進行優化，并對優化后的結果進行測試比較，結果顯示在圖像質量沒有明顯降低的情況下，H.264編碼器編碼CIF格式視頻每秒達到15幀以上，滿足了視頻會議應用的實時性要求。然后，以C模型為參考對H.264編碼器的部分功能模塊電路進行設計。采用Verilog HDL實現了這些模塊，并在Quartus Ⅱ中進行了綜合、仿真、驗證。主要完成了Zig-zag掃描和CAVLC模塊的設計，詳細說明模塊的工作原理和過程，然后進行多組的仿真測試，結果與C模型相應部分的結果一致，證明了設計的正確性。
上傳時間： 2013-06-11
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測試儀廣泛應用于國民經濟和國防建設的各個領域，是科研和生產不可或缺的重要裝備之一。其工作原理是由信號發生裝置向被測對象發送激勵信號，同時由信號采集與處理裝置通過傳感器采集被測對象的響應信號，并送到上位機進行數據分析和處理。本文研究采用靈活的現場可編程邏輯陣列FPGA為核心，協調整個儀器的運轉，并采用先進的USB總線技術，將信號發生、信號采集與處理有機地集成為一體的多功能測試儀。 本文的第一章介紹了測試儀及其研究應用現狀，根據儀器的成本、便攜性和通用性要求不斷提高的發展趨勢，提出了本課題的研究任務和關鍵技術； 第二章從硬件和軟件兩個方面討論了測試儀的總體設計方案，并且分別詳述了電源模塊、USB模塊、FPGA模塊、DSP模塊、A/D模塊、D/A模塊這六個功能模塊的硬件設計； 第三章討論了USB模塊相關的軟件設計，其中包含USB固件設計、驅動程序設計和客戶應用程序設計三個方面的內容，詳細論述了各部分軟件的架構和主要功能模塊的實現。 第四章討論了主控器FPGA的設計，是本文的核心部分。先從總體上介紹了FPGA的設計方案，然后從MCU模塊、信號采集模塊、信號發生模塊三部分具體描述了其實現方式。軟件設計上采用了模塊化的設計思想，使得結構清晰，可讀性強，易于進一步開發；并且靈活的使用了有限狀態機，大大提高了程序的穩定性和運行效率。 第五章介紹了DSP模塊的設計，討論了波形生成的原理及實現，并提出了與FPGA接口的方式。 第六章詳細描述了實驗的步驟和結果，分別從單通道采樣和多通道采樣兩方面實驗，驗證了儀器的性能和設計的可行性。
上傳時間： 2013-06-25
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回波抵消器在免提電話、無線產品、IP電話、ATM語音服務和電話會議等系統中，都有著重要的應用。在不同應用場合對回波抵消器的要求并不完全相同，本文主要研究應用于電話系統中的電回波抵消器。電回波是由于語音信號在電話網中傳輸時由于阻抗不匹配而產生的。 傳統回波抵消器主要是基于通用DSP處理器實現的，這種回波抵消器在系統實時性要求不高的場合能很好的滿足回波抵消的性能要求，但是在實時性要求較高的場合，其處理速度等性能方面已經不能滿足系統高速、實時的需要。現代大容量、高速度的FPGA的出現，克服了上訴方案的諸多不足。用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，且其靈活的可配置特性使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試和硬件升級。 本文研究目標是如何在FPGA芯片上實現回波抵消器，完成的主要工作有： (1)深入研究了回波抵消器各模塊算法，包括自適應濾波算法、遠端檢測算法、雙講檢測算法、NLP算法、舒適噪聲產生算法，并實現了這些算法的C程序。 (2)深入研究了回波抵消器基于FPGA的設計流程與實現方法，并利用硬件描述語言Verilog HDL實現了各部分算法。 (3)在OuartusⅡ和ModelSim仿真環境下對該系統進行模塊級和系統級的功能仿真、時序仿真和驗證。并在FPGA硬件平臺上實現了該系統。 (4)根據ITU-T G．168的標準和建議，對設計進行了大量的主、客測試，各項測試結果均達到或優于G．168的要求。
上傳時間： 2013-06-23
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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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擴頻通信系統與常規的通信系統相比，具有很強的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優點。在近年來得到了迅速的發展。本論文主要討論和實現了基于FPGA的直接序列擴頻信號的解擴解調處理。論文對該直擴通信系統和FPGA設計方法進行了相關研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發平臺Quarus Ⅱ5.0實現了相關設計。 整個系統分為兩個部分，發送部分和接收部分。發送部分主要有串并轉換、差分卷積編碼、PN碼擴頻、QPSK調制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數字下變頻、解擴解調等模塊。 論文首先介紹了擴頻通信系統的特點以及相關技術的國內外發展現狀，并介紹了本論文的研究思路和內容。 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，結合實際需要，設計了一種零中頻DSSS解調解擴方案。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，采用了基于數字外差調制的自適應陷波器來進行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應門限技術的滑動相關捕獲和分時復用單相關器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環來減少載波提取的算法復雜度，用改進型CORDIC算法實現NCO來方便的進行擴展。 接著，論文給出了系統總體設計和發送及接受子系統的各個功能模塊的實現分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實現細節，給出了仿真結果。 然后論文介紹了整個系統的硬件電路設計和它在真實系統中連機調試所得到的測試結果，結果表明該系統具有性能穩定，靈活性好，生產調試容易，體積小，便于升級等特點并且達到課題各項指標的要求。 最后是對論文工作的一些總結和對今后工作的展望。
上傳時間： 2013-07-04
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