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JPEG2000算術(shù)編碼的研究與FPGA實(shí)現(xiàn)

JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IEC JTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn).與JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能夠提供更好的數(shù)據(jù)壓縮比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多種特性使得它具有廣泛的應(yīng)用前景.但是,JPEG2000是一個(gè)復(fù)雜編碼系統(tǒng),目前為止的軟件實(shí)現(xiàn)方案的執(zhí)行時(shí)間和所需的存儲(chǔ)量較大,若想將JPEG2000應(yīng)用于實(shí)際中,有著較大的困難,而用硬件電路實(shí)現(xiàn)JPEG2000或者其中的某些模塊,必然能夠減少JPEG200的執(zhí)行時(shí)間,因而具有重要的意義.本文首先簡(jiǎn)單介紹了JPEG2000這一新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),然后對(duì)算術(shù)編碼的原理及實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了深入的研究,并重點(diǎn)探討了JPEG2000中算術(shù)編碼的硬件實(shí)現(xiàn)問題,給出了一種硬件最優(yōu)化的算術(shù)編碼實(shí)現(xiàn)方案.最后使用硬件描述語言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器傳輸級(jí)(Register Transfer Level,RTL描述了該硬件最優(yōu)化的算術(shù)編碼實(shí)現(xiàn)方案,并以Altera 20K200E FPGA為基礎(chǔ),在Active-HDL環(huán)境中進(jìn)行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成開發(fā)環(huán)境下完成了綜合以及后仿真,綜合得到的最高工作時(shí)鐘頻率達(dá)45.81MHz.在相同的輸入條件下,輸出結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的硬件算術(shù)編碼器與實(shí)現(xiàn)JPEG2000的軟件:Jasper[2]中的算術(shù)編碼模塊相比,處理時(shí)間縮短了30﹪左右.因而本文的研究對(duì)于JPEG2000應(yīng)用于數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等實(shí)際應(yīng)用有著重要的意義.

標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 算術(shù)編碼

上傳時(shí)間： 2013-05-16

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Turbo碼編譯碼以及其FPGA實(shí)現(xiàn)的研究

本文以Turbo碼譯碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，對(duì)Turbo碼的迭代譯碼算法及用硬件語言實(shí)現(xiàn)其譯碼算法進(jìn)行了深入研究。 本文首先在理論上對(duì)Turbo碼的編譯碼原理進(jìn)行了深入的研究，并用C語言對(duì)其MAP譯碼算法進(jìn)行了驗(yàn)證仿真，接著就Turbo碼MAP算法的衍生算法即LOG_MAP和MAX_LOG_MAP算法用C程序做了仿真和測(cè)試。隨后本文就一些對(duì)MAP譯碼性能起著重要影響的參數(shù)也用C程序做了仿真對(duì)比。 最后，考慮到硬件實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)化，MAX-Log-MAP算法成為了本文的硬件實(shí)現(xiàn)方案。本文采用了模塊化設(shè)計(jì)，在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提出了一些改進(jìn)的方案，對(duì)Turbo碼編碼器設(shè)計(jì)中的同步問題進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)分塊并行Turbo碼譯碼算法的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。在設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用了“自頂向下”和“自下而上”的設(shè)計(jì)方去，通過功能模塊分割，合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，并通過模塊之間的參數(shù)傳遞，使Turbo碼編譯碼器具有較好的靈活性。

標(biāo)簽： Turbo FPGA 編譯碼

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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采用FPGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法的研究及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立

該文針對(duì)復(fù)雜信號(hào)實(shí)時(shí)處理的困難,提出了采用FPGA來實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的方法,并根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái).根據(jù)FPGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的關(guān)鍵點(diǎn):設(shè)計(jì)合理的FPGA結(jié)構(gòu),體現(xiàn)算法的并行性和流水性,論文著重分析了用FPGA實(shí)現(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)處理的具體方法和實(shí)現(xiàn)過程.論文從分析算法的并行度入手,提出用相關(guān)圖方法直觀反映算法的相關(guān)性,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了算法的信號(hào)流圖結(jié)構(gòu)和脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu).并針對(duì)典型信號(hào)處理算法(矩陣運(yùn)算、卷積運(yùn)算)進(jìn)行了并行度分析,相關(guān)圖設(shè)計(jì)和從相關(guān)圖導(dǎo)出脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)的研究.同時(shí)針對(duì)FPGA特點(diǎn),提出了采用CORDIC結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)通用運(yùn)算單元,給出其流水實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu),結(jié)合脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)提高了矩陣運(yùn)算性能.最后設(shè)計(jì)一個(gè)以32位CPU為核心的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),編寫了啟動(dòng)程序和診斷程序.

標(biāo)簽： FPGA 信號(hào)處理 法的研究 實(shí)驗(yàn)

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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FPGA用于160Gbs高速光纖通信系統(tǒng)中PMD補(bǔ)償?shù)难芯?/a>

標(biāo)簽： FPGA 160 Gbs PMD

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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基于FPGA的高速圖像處理系統(tǒng)的研究

現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)迅猛發(fā)展,對(duì)保證其產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)也提出了更高的要求,許多傳統(tǒng)的檢測(cè)手段已不能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需求.而在計(jì)算機(jī)視覺理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的視覺檢測(cè)技術(shù)以其高精度、非接觸、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)過程在線檢測(cè)的要求,逐漸由實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),得到了日益廣泛的應(yīng)用.隨著現(xiàn)代生產(chǎn)節(jié)拍的不斷加快,以及檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的增多,處理數(shù)據(jù)量的增大,對(duì)視覺檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量速度提出了更高的要求,而在現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)100％實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的關(guān)鍵問題是提高視覺圖像的處理速度,從而提高整個(gè)視覺檢測(cè)系統(tǒng)的處理速度.因此該文提出基于FPGA的高速圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,得到了國(guó)家"十五"攻關(guān)項(xiàng)目"光學(xué)數(shù)碼柔性通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)"的資助.該文針對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行研究并取得一定的成果:(一)高速圖像處理硬件解決方案的研究通過分析現(xiàn)有的幾種實(shí)現(xiàn)高速圖像處理的方法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA(Field Programmable Gate Array)技術(shù)的高速圖像處理系統(tǒng)的方案,并構(gòu)建了其硬件平臺(tái).(二)基于USB總線的通訊采用USB專用接口芯片,實(shí)現(xiàn)高速圖像處理系統(tǒng)與PC機(jī)的通訊驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)的正確性.(三)基于FPGA的圖像處理的研究分析圖像處理的特點(diǎn)及其基本的方法,初步研究了基于FPGA的圖像低層次處理的硬件化方法的實(shí)現(xiàn).

標(biāo)簽： FPGA 高速圖像處理

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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大型風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

目前大型風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，有實(shí)際意義

標(biāo)簽： 大型 風(fēng)電場(chǎng) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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基于FPGA的有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的研究及實(shí)現(xiàn)

數(shù)字濾波作為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于諸如信號(hào)分離、恢復(fù)、整形等多種場(chǎng)合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴(yán)格的線性相位特性而得到廣泛的應(yīng)用。在工程實(shí)踐中，往往要求信號(hào)處理具有實(shí)時(shí)性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實(shí)現(xiàn)方法則難以同時(shí)達(dá)到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現(xiàn)電子系統(tǒng)的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據(jù)，研究適應(yīng)工程實(shí)際的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法： (2)對(duì)分布式算法進(jìn)行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎(chǔ)上，分析了利用FPGA特有的查找表結(jié)構(gòu)完成這一運(yùn)算的方法，從而解決了常系數(shù)乘法運(yùn)算硬件實(shí)現(xiàn)的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數(shù)字濾波器的具體實(shí)現(xiàn)方法，采用層次化、模塊化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想，完成對(duì)整個(gè)FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個(gè)功能模塊的具體設(shè)計(jì)； (4)設(shè)計(jì)參數(shù)可調(diào)的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路以及在系統(tǒng)配置電路等。以話音作為輸入信號(hào)，進(jìn)行了實(shí)際濾波效果的測(cè)試。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明，和傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器相比較具有更好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、靈活性和實(shí)用性。

標(biāo)簽： FPGA 沖激響應(yīng) 數(shù)字濾波器

上傳時(shí)間： 2013-07-19

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基于IEEE80211a的OFDM基帶傳輸系統(tǒng)的研究及其部分模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)

IEEE802旗下的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議引領(lǐng)了無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的新革命，其不斷提升的速度優(yōu)勢(shì)滿足了人們對(duì)于高速無線接入的迫切要求，在這其中，OFDM技術(shù)所起的作用不可小覷。隨著FPGA、信號(hào)處理和通信技術(shù)的發(fā)展，OFDM的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在此情況下，以O(shè)FDM技術(shù)為核心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑蜋C(jī)系統(tǒng)顯得應(yīng)情應(yīng)景而且必要。 本課題在深入理解OFDM技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合相應(yīng)的EDA工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模并基于IEEE802.11a物理層標(biāo)準(zhǔn)給出了一種OFDM基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。整個(gè)設(shè)計(jì)采用目前主流的自頂向下的設(shè)計(jì)方法，由總體設(shè)計(jì)至詳細(xì)設(shè)計(jì)逐步細(xì)化。 在系統(tǒng)功能模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)過程中，針對(duì)XilinxVirtex-Ⅱ芯片對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過采用雙端口RAM、流水、乒乓結(jié)構(gòu)等處理實(shí)現(xiàn)高速的同步的信道編碼的功能模塊；通過比較符號(hào)定時(shí)的不同算法，給出了基于MultiplierlessCorrelator的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)并給出了仿真波形圖，驗(yàn)證了采用該算法后符號(hào)定時(shí)模塊的資源耗費(fèi)大大降低而功能卻依然和基于乘法器的符號(hào)定時(shí)模塊相當(dāng)；通過對(duì)Viterbi算法進(jìn)行簡(jiǎn)化，給出了(2，1，6)卷積碼的4比特軟判決Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。最后根據(jù)系統(tǒng)所選芯片XC2V3000給出了具有較高配置靈活性的基于SystemACE配置方案的FPGA的硬件原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。 本文首先以無線局域網(wǎng)和IEEE802無線網(wǎng)絡(luò)家族引出OFDM技術(shù)發(fā)展、研究?jī)r(jià)值及OFDM的優(yōu)缺點(diǎn)，接下來從OFDM原理入手，簡(jiǎn)要說明了OFDM的基本要素以及目前的研究熱點(diǎn)，之后在介紹完IEEE802.11a物理層標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)給出了本原型機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并從硬件語言設(shè)計(jì)和FPGA硬件原理設(shè)計(jì)兩方面給出了該系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。 隨著OFDM技術(shù)的普及以及未來通信技術(shù)對(duì)OFDM的青睞，相信本論文的工作對(duì)OFDM基帶傳輸系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具有一定的參考價(jià)值。

標(biāo)簽： 80211a 80211 IEEE FPGA

上傳時(shí)間： 2013-07-13

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軟件無線電調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)

軟件無線電是二十世紀(jì)九十年代提出的一種實(shí)現(xiàn)無線通信的體系結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是繼模擬通信、數(shù)字通信之后的第三代無線電通信技術(shù)。它的中心思想是：構(gòu)造一個(gè)開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，并使寬帶模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結(jié)構(gòu)形式，綜述了軟件無線電的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及其最新研究進(jìn)展。其中調(diào)制解調(diào)模塊是軟件無線電系統(tǒng)中的重要部分，集中體現(xiàn)了軟件無線電最顯著的優(yōu)點(diǎn)——靈活性。目前這一部分的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發(fā)展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構(gòu)能力，成為實(shí)現(xiàn)軟件無線電技術(shù)的重要手段。 本論文調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對(duì)象，采用SystemView軟件作為系統(tǒng)級(jí)開發(fā)工具進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真和FPGA整體規(guī)劃后，著重分析用VHDL實(shí)現(xiàn)其中關(guān)鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調(diào)制解調(diào)方式轉(zhuǎn)換的方法。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中成功地調(diào)用了Xilinx公司的IP核，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)復(fù)用。由于FPGA內(nèi)部邏輯可以根據(jù)需要進(jìn)行重構(gòu)，因而硬件的調(diào)試和升級(jí)變得很容易，而內(nèi)嵌CPU使信號(hào)處理過程可以用軟件進(jìn)行控制，充分體現(xiàn)了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗(yàn)證了在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制解調(diào)過程及控制的技術(shù)可行性和應(yīng)用的靈活性，并對(duì)將來的擴(kuò)展問題進(jìn)行了研究和討論，為實(shí)現(xiàn)完整的軟件無線電系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

標(biāo)簽： FPGA 軟件無線電 調(diào)制解調(diào)

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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指紋識(shí)別算法的研究及基于FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)

隨著圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識(shí)別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對(duì)生物特征市場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，該領(lǐng)域的收入的年增長(zhǎng)率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識(shí)別技術(shù)由于其獨(dú)特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點(diǎn)，恰好符合了市場(chǎng)的需求。目前指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識(shí)別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個(gè)基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識(shí)別系統(tǒng)對(duì)速度的要求。 本文對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點(diǎn)，對(duì)算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識(shí)別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計(jì)了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點(diǎn)匹配的指紋識(shí)別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法速度快、誤識(shí)率較低、可靠性較高，可以滿足實(shí)用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個(gè)單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲(chǔ)器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對(duì)硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。基于FPGA的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對(duì)這一設(shè)計(jì)繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。

標(biāo)簽： FPGA 指紋識(shí)別 法的研究 硬件實(shí)現(xiàn)

上傳時(shí)間： 2013-07-28

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