隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換的任務,在多媒體時代占據(jù)著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是以數(shù)字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點,并根據(jù)系統(tǒng)實際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數(shù)字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內(nèi)部程序構(gòu)成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)調(diào)工作.說明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態(tài)機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調(diào)試和FPGA程序驗證結(jié)果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結(jié)果表明整個圖像采集系統(tǒng)基本達到了系統(tǒng)設計中所給出的性能指標,證明了整個系統(tǒng)設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現(xiàn)，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器及半導體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構(gòu)的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA的硬件模塊設計，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構(gòu)的基礎上，提出了本系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內(nèi)插的計算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設計在后端的ARM內(nèi)完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內(nèi)集成，不僅充分利用了FPGA內(nèi)豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進行調(diào)試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA 高速實時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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隨著數(shù)字技術的高速發(fā)展，越來越多的針對數(shù)字視頻壓縮、傳送、顯示等的設備涌入市場。要從這些良莠不齊的產(chǎn)品中挑選出令人滿意的商品，一套良好的數(shù)字視頻測試設備就必不可少。然而，現(xiàn)階段大多數(shù)數(shù)字視頻信號源都存在不同的缺點，如測試圖像種類太少、沒有動態(tài)測試源、缺乏專用測試信號等。為有效克服這些缺陷，作者設計并開發(fā)了一套基于FPGA的數(shù)字視頻信號發(fā)生器。整個系統(tǒng)包括硬件平臺和圖像格式轉(zhuǎn)換軟件兩大部分。硬件平臺本身即為獨立的信號發(fā)生器，可以生成多種測試圖像。配備了圖像格式轉(zhuǎn)換軟件，就可以實現(xiàn)硬件平臺從PC機接收各種靜態(tài)測試圖像、動態(tài)測試序列，不斷更新測試圖像庫。整個系統(tǒng)具有良好的硬件體系結(jié)構(gòu)、便捷的輸入接口，穩(wěn)定的信號輸出，同時操作靈活、方便，易于升級更新。 在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，使用了多種硬件、軟件開發(fā)工具，如PROTEL DXP、ISE、MODEL SIM、MATLAB、C＃．NET等。由于軟硬件調(diào)試均由同一人完成，因此整個系統(tǒng)具備良好的統(tǒng)一性和兼容性。 另外，作者還研究并設計了一種針對H.264編解碼器壓縮損傷的測試信號。評估一個編碼器的性能可采用主觀評價或客觀評價兩種方法。其中主觀評價最為直接、有效。本文在依托主觀評價方法的基礎上，結(jié)合客觀參數(shù)的指導性，研究并設計一種通過人眼就可以方便的觀測到實際存在的壓縮損傷的測試信號，以達到直接對編解碼器性能進行比較的目的。
上傳時間： 2013-07-19
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溫度是生活中最基本的環(huán)境參數(shù)。溫度的監(jiān)測與控制，對于生物生存生長，工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應用涉及機械制造、工業(yè)過程控制、汽車電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和專用設備等各個領域。傳統(tǒng)的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調(diào)理，模數(shù)轉(zhuǎn)換及恒溫器等功能全都會增加成本。現(xiàn)代集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價格迅速地占據(jù)了市場。Dallas Semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器DS1820采用數(shù)字化一線總線技術具有許多優(yōu)異特性。其一，它將控制線、地址線、數(shù)據(jù)線合為一根導線，允許在同一根導線上掛接多個控制對象，形成多點一線總線測控系統(tǒng)。布線施工方便，成本低廉。其二，線路上傳送的是數(shù)字信號，所受干擾和損耗小，性能好。本課題旨在分析和設計基于數(shù)字化一線總線技術的溫度測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用FPGA實現(xiàn)一個溫度采集控制器，用于傳感器和上位機的連接，并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發(fā)平臺，運用MSComm控件進行串口通信，進行命令的發(fā)送和接收。
上傳時間： 2013-07-29
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在船舶交管系統(tǒng)中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內(nèi)完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統(tǒng)要求及時的把接收到的雷達方位數(shù)據(jù)從極坐標轉(zhuǎn)換成直角坐標。在軟件上實現(xiàn)這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數(shù)字設備來實現(xiàn)。FPGA在數(shù)字信號處理領域有非常廣闊的應用前景，以其優(yōu)良的性能在數(shù)字信號處理中發(fā)揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現(xiàn)一些函數(shù)和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現(xiàn)雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現(xiàn)正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數(shù)和對數(shù)等基本函數(shù)和運算，把他們設計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調(diào)用，這樣在算法研究中可以節(jié)約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環(huán)境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結(jié)果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應用。 最終在實踐環(huán)節(jié)，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現(xiàn)可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現(xiàn)一些基本函數(shù)和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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擴展頻譜通信技術,它的突出優(yōu)點是保密性好,抗干擾性強.隨著通信系統(tǒng)與現(xiàn)代計算機軟、硬件技術與微電子技術發(fā)展,越來越多的通信系統(tǒng)構(gòu)建于這種技術之上.在實際擴頻通信系統(tǒng)工程中,用得比較普遍的是直擴方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴是采取隱藏的方式對抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國家早在20世紀50年代就開始對跳頻通信進行研究,在上個世紀末的幾次局部戰(zhàn)爭中,跳頻電臺得到了普遍的應用.跳頻通信的發(fā)展促進了其對抗技術的發(fā)展,目前,世界主要幾個軍事先進的國家,已經(jīng)研究出高性能的跳頻通信對抗設備,國內(nèi)這方面的發(fā)展相對國外差距比較大. 未來戰(zhàn)爭是科學技術的斗爭,研究跳頻通信對抗勢在必行.基于這種目的,本文研究和設計了跳頻檢測的FPGA實現(xiàn),利用基于時頻分析的處理方法,完成了跳頻信號檢測的FPGA實現(xiàn),通過測試,表明系統(tǒng)達到了設計要求,可以滿足實際的需要.主要內(nèi)容包括: 1.概述了跳頻檢測接收研究的發(fā)展動態(tài),闡述了擴展頻譜通信及短時傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號,檢測跳頻的可行性,利用FFT檢測頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測概率和分析信噪比；利用抽取內(nèi)插技術完成數(shù)據(jù)速率的轉(zhuǎn)換,使其滿足后續(xù)信號的處理要求；利用同相和正交的DDC實現(xiàn)結(jié)構(gòu),完成對跳頻信號的解跳. 3.設計完成了跳頻信號檢測與接收系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn),其主要包括:數(shù)據(jù)速率變換的實現(xiàn),FIR低通濾波器的實現(xiàn),快速傅立葉變換(FFT)的實現(xiàn),下變頻的實現(xiàn)等.在濾波器的實現(xiàn)中,提出了兩種設計方法:基于常系數(shù)乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優(yōu)缺點,選擇用分布式算法實現(xiàn)設計中的低通濾波器；在快速傅立葉變換實現(xiàn)中,分析了基2和基4的算法結(jié)構(gòu),并分別實現(xiàn)了基2和基4的算法,滿足了不同場合對處理器的要求.在下變頻的設計中,使用濾波器的多相結(jié)構(gòu)完成抽取的實現(xiàn),并使用低通濾波器使信號帶寬滿足指標的要求.此外,設計中還包括雙端口RAM的實現(xiàn),比較模塊的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)緩存模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊的實現(xiàn). 4.介紹了實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件平臺.
標簽： 跳頻信號 檢測 接收系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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研制發(fā)射微小衛(wèi)星，是我國利用空間技術服務經(jīng)濟建設、造福人類的重要途徑。現(xiàn)代微小衛(wèi)星在短短20年里能取得長足的發(fā)展，主要取決于微小衛(wèi)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(fā)射方便、快捷靈活等。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)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(huán)節(jié)，可對這些不可避免的差錯進行檢測和糾正。 在微小衛(wèi)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(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會CCSDS標準的鏈接碼進行信道編碼，即內(nèi)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(fā)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(wèi)星通信分系統(tǒng)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(xiàn)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(wèi)星通信分系統(tǒng)的技術要求。
上傳時間： 2013-08-01
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本文進行了基于FPGA的GPS直序偽碼擴頻接收機的設計和數(shù)字化硬件實現(xiàn)。論文首先對GPS衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)進行了分析，并對與數(shù)字化接收機直接相關聯(lián)的GPS信號中頻部分結(jié)合實際系統(tǒng)要求進行了設計和分析，由此確定了數(shù)字化偽碼捕獲跟蹤接收機研制的具體要求，之后完成了接收機中頻數(shù)字化方案設計。同時對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實現(xiàn)方案進行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實現(xiàn)了GPS數(shù)字化接收機的偽碼捕獲跟蹤。 受工作環(huán)境的制約，GPS衛(wèi)星接收機系統(tǒng)首先表現(xiàn)為功率受限系統(tǒng)，接收機必須滿足在低信噪比條件下工作。同時接收機與衛(wèi)星間高動態(tài)產(chǎn)生的多普勒頻率，給接收機實現(xiàn)快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實現(xiàn)難度和性能兩方面因素，針對小信噪比工作條件提出了改進型的序貫偽碼捕獲實施方案。同時按照捕獲概率和時間的要求，對接收機偏壓、上、下門限、NCO增益等進行了設計和仿真分析，確定了捕獲的數(shù)字化實現(xiàn)方案，偽碼跟蹤采用超前滯后環(huán)方案。捕獲完成后可使本地偽碼與接收偽碼的相對誤差保持在±1/4碼元范圍內(nèi)，而跟蹤環(huán)路的跟蹤范圍為±4/3碼元，保證了捕獲到跟蹤的可靠銜接，同時采用可變環(huán)路帶寬措施解決了跟蹤速度和精度的矛盾。 在數(shù)字化實現(xiàn)設計中，給出了詳細的數(shù)字化實現(xiàn)方案和分析，這樣在保證工作精度的同時盡量減少硬件資源的開銷，利用EDA工具，采用Veilog設計語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數(shù)字化接收機偽碼捕獲跟蹤的實現(xiàn)，并在其開發(fā)平臺上對數(shù)字化接收機進行了仿真驗證，在給定的工作條件下達到了設計性能和指標要求。
標簽： FPGA GPS 中頻 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-04-24
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JPEG是聯(lián)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(lián)合制定的靜態(tài)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(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質(zhì)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(tǒng)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(tài)圖像，進行JPEG編碼，通過網(wǎng)絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結(jié)果完全達到了實時性的要求。 本文從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺，介紹FPGA的結(jié)構(gòu)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(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標準實現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現(xiàn)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(fā)生頻率進行優(yōu)化的霍夫曼查找表結(jié)構(gòu)，并且從系統(tǒng)整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統(tǒng)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(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網(wǎng)絡傳輸轉(zhuǎn)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(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現(xiàn)整個JPEG實時圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復后質(zhì)量高等優(yōu)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(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)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(xiàn)實意義。通過在FPGA上實現(xiàn)JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)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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正交頻分復用技術(OFDM)是未來寬帶無線通信中的關鍵技術。隨著用戶對實時多媒體業(yè)務，高速移動業(yè)務需求的迅速增加，OFDM由于其頻譜效率高，抗多徑效應能力強，抗干擾性能好等特點，該技術正得到了廣泛的應用。 OFDM系統(tǒng)的子載波之間必須保持嚴格的正交性，因此對符號定時和載波頻偏非常敏感。本課題的主要任務是分析各種算法的性能的優(yōu)劣，選取合適的算法進行FPGA的實現(xiàn)。 本文首先簡要介紹了無線信道的傳輸特性和OFDM系統(tǒng)的基本原理，進而對符號同步和載波同步對接收信號的影響做了分析。然后對比了非數(shù)據(jù)輔助式同步算法和數(shù)據(jù)輔助式同步算法的不同特點，決定采用數(shù)據(jù)輔助式同步算法來解決基于IEEE 802.16-2004協(xié)議的突發(fā)傳輸系統(tǒng)的同步問題。最后部分進行了算法的實現(xiàn)和仿真，所有實現(xiàn)的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004協(xié)議的符號和前導字的結(jié)構(gòu)進行。 本文的主要工作：(1)采用自相關和互相關聯(lián)合檢測算法同時完成幀到達檢測和符號同步估計，只用接收數(shù)據(jù)的符號位做相關運算，有效地解決了判決門限需要變化的問題，同時也減少了資源的消耗；(2)在時域分數(shù)倍頻偏估計時，利用基于流水線結(jié)構(gòu)的Cordic模塊計算長前導字共軛相乘后的相角，求出分數(shù)倍頻偏的估計值；(3)采用滑動窗口相關求和的方法估計整數(shù)倍頻偏值，在此只用頻域數(shù)據(jù)的符號位做相關運算，有效地解決了傳統(tǒng)算法估計速度慢的缺點，同時也減少了資源的消耗。
上傳時間： 2013-05-23
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