MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業(yè)標準的圖象質量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內容，建立系統(tǒng)級設計方案，設計FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現(xiàn)ASIC的前端設計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結構的設計，采用了自頂而下的設計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實現(xiàn)了具體模塊的設計：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設計方法，減少數(shù)據(jù)計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數(shù)據(jù)運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結構等方法來加快運動補償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結果和軟件結果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設計采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實際視頻碼流測試，本文設計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術要求。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著數(shù)碼技術的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應用領域不斷擴大，其實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。本設計脫離高清晰工業(yè)相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實時處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質的飛躍。可以廣泛應用于工業(yè)控制和遠程監(jiān)控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現(xiàn)了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現(xiàn)對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統(tǒng)進行了調試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉換，提高了效率。
標簽： FPGA 實時圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
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數(shù)據(jù)采集是信號與信息系統(tǒng)中一個重要的組成部分，也是數(shù)字信號處理的關鍵環(huán)節(jié)。本論文主要介紹一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出一種由高速A/D轉換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案及其的硬件電路實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用AD器件對信號進行放大、差分轉換和模數(shù)轉換，利用FPGA設計內部模塊和時鐘信號來進行電路控制及實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數(shù)據(jù)傳送到PC主機。FPGA作為采集系統(tǒng)的核心部件，完成了內部數(shù)字電路設計，使系統(tǒng)具有很高的可適應性、可擴展性和可調試性。 本論文從研究數(shù)據(jù)采集的理論出發(fā)，重點研究了A/D模數(shù)轉換、FPGA芯片設計及PCI總結接口設計，完成了系統(tǒng)的各級電路硬件設計，并通過系統(tǒng)仿真驗證了系統(tǒng)的可行性。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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本論文基于直接擴頻通信的理論設計了一種全數(shù)字的中頻接收機，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作為接收機的主芯片，實現(xiàn)中頻數(shù)字信號的下變頻，基帶解調，PN碼的捕獲及跟蹤環(huán)路的設計并給出了它們的具體設計步驟及RTL級邏輯電路圖。本文對于數(shù)字下變頻器的設計、數(shù)字抑制載波恢復環(huán)的設計進行了詳細的論述，還使用Matlab中的Simulink對本接收機系統(tǒng)所要使用的全數(shù)字Costas環(huán)進行了功能仿真并給出了仿真結果。 本文使用高速模數(shù)轉換器AD9601對中頻模擬信號進行采樣，最后再用高速數(shù)模轉換器AD9740還原出原始信息，并給出了它們與核心芯片xc3s400的接口設計方法及原理電路圖。
上傳時間： 2013-07-30
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場，不僅在互聯(lián)網(wǎng)上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現(xiàn)FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區(qū)存儲單元的容量和訪存次數(shù)。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區(qū)單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續(xù)訪問公共緩存技術，合理規(guī)劃各計算子模塊的工作時序，將數(shù)據(jù)計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區(qū)特性，有效地減少數(shù)據(jù)計算量，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發(fā)板為平臺，實現(xiàn)MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統(tǒng)頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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近紅外光譜法是血液成分無創(chuàng)檢測方法中的熱點，也是取得成果最多的方法之一。但是，個體差異和測量條件是影響近紅外光譜血液成分無創(chuàng)檢測的一個較突出的問題。而動態(tài)光譜法就是針對這個問題而提出的一種全新的近紅外無創(chuàng)血液成分濃度檢測方法。它從原理上消除了個體差異和測量條件等對光譜檢測的影響，為基于近紅外光譜法的血液成分無創(chuàng)檢測方法進入臨床應用去除了一個較為關鍵的障礙。因此，本文根據(jù)動態(tài)光譜檢測原理設計了基于FPGA的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 在分析了動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求后，采用DALSA的高性能線陣CCD IL-C6-2048C作為光電轉換器件；根據(jù)CCD輸出數(shù)據(jù)的高速度和信號微弱及含有噪聲等特點，選用了高速、高精度、并帶有相關雙采樣芯片的圖像處理芯片AD9826作為模數(shù)轉換器件；以FPGA及其內嵌的NIOSⅡ處理器作為核心控制器，并用LabVIEW對采集得到的數(shù)據(jù)進行顯示。 在FPGA中，利用Verilog HDL語言編寫了CCD和AD9826的控制時序；利用兩塊雙口RAM組成乒乓操作單元，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的緩存，避免利用NiosⅡ處理器直接讀取時的頻繁中斷。將NIOSⅡ處理器系統(tǒng)嵌入到FPGA中，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理。NiOSⅡ處理器利用中斷方式讀取緩存單元中的數(shù)據(jù)、經(jīng)對數(shù)變換后傳遞給計算機。其中緩存數(shù)據(jù)的讀取及對數(shù)變換均采用自定義組件的方式將硬件單元添加到NIOSⅡ系統(tǒng)中，編程時直接調用。NIOSⅡ系統(tǒng)通過串口將處理后的數(shù)據(jù)傳遞給LabVIEW， LabVIEW對數(shù)據(jù)簡單處理后顯示，以實時觀察采樣數(shù)據(jù)是否正確。 最后對系統(tǒng)進行了實驗測試，實驗結果表明，系統(tǒng)能夠很好的采集并顯示數(shù)據(jù)，能夠初步完成光信號的檢測。
標簽： FPGA 動態(tài) 光譜數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-04-24
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信息安全在當今的社會生產(chǎn)生活中已經(jīng)被廣為關注，對敏感信息進行加密是提高信息安全性的一種常見的和有效的手段。 常見的加密方法有軟件加密和硬件加密。軟件加密的方法因為加密速度低、安全性差以及安裝不便，在一些高端或主流的加密處理中都采用硬件加密手段對數(shù)據(jù)進行處理。硬件加密設備如加密狗和加密卡已經(jīng)廣泛地應用于信息加密領域當中。 但是加密卡和加密狗因為采用的是多芯片結構，即采用獨立的USB通信芯片和獨立的加密芯片來分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB傳輸和加密功能，如果在USB芯片和加密芯片之間進行數(shù)據(jù)竊聽的話，很輕易地就可以獲得未加密的明文數(shù)據(jù)。作者提出了一種新的基于單芯片實現(xiàn)的USB加密接口芯片的構想，采用一塊芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB2.0通信和AES加密功能，命名為USB2.0加密接口芯片。 USB2.0加密接口芯片采用了USB2.0接口標準和AES加密算法。該加密芯片可以實現(xiàn)與主機的快速通信，具有快速的密碼處理能力，對外提供USB接口，支持基于USB密碼載體的自身安全初始化方式。 根據(jù)設計思想，課題研究并設計了USB2.0加密接口芯片的總體硬件架構，設計了USB模塊和AES加密模塊。為了解決USB通信模塊與AES加密模塊之間存在的數(shù)據(jù)處理單元匹配以及速度匹配問題，本文設計了AESUSB緩沖器，優(yōu)化了AES有限域加密算法。最后，利用VerilogHDL語言在FPGA芯片上實現(xiàn)了USB2.0加密接口芯片的功能，并在此基礎之上對加密芯片的通信和加密性能進行了測試和驗證。
上傳時間： 2013-05-24
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本文著重研究用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來開發(fā)設計精插補芯片。選用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片設計了逐點比較法，數(shù)字積分法和比較積分法三種經(jīng)典插補算法，并對各種算法模塊進行了仿真驗證。又設計了三個算法選通信號，將三種算法模塊綜合成了一個整電路。 在完成了FPGA內部三種算法的實現(xiàn)后，設計以一個STC單片機為粗插補處理器的FPGA實驗開發(fā)系統(tǒng)，并制作了PCB板。實驗開發(fā)系統(tǒng)板中設計了單片機程序下載和的FPGA下載配置電路，并且配有FPGA專用配置芯片，能實現(xiàn)FPGA上電自動配置?？捎迷搶嶒炏到y(tǒng)板進行精插補芯片的設計與開發(fā)，以及對所完成設計的功能進行驗證。 為驗證所設計芯片的插補功能，編寫了單片機粗插補程序，將產(chǎn)生的粗插補坐標增量發(fā)給FPGA進行插補實驗，得到了理想的插補輸出脈沖。又編寫了單片機脈沖處理程序，讀回了FPGA的輸出脈沖，并由串口發(fā)送給PC機。最后通過編寫PC機的串口通信程序以及根據(jù)插補脈沖繪圖的程序，把FPGA的輸出脈沖繪制成了插補軌跡圖形。 最終繪圖結果顯示，在20M輸入時鐘頻率下，由插補脈沖生成的插補軌跡圖形正確，驗證了本文設計的三種插補算法功能的正確性。本設計插補芯片達到了高速插補功能要求。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：zgu489
近年來，瓦斯事故在煤礦生產(chǎn)事故中所占比例越來越高，給礦工的生產(chǎn)生活帶來了極大的災難，必須加強對瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，避免瓦斯爆炸事故。因此對瓦斯氣體進行快速、實時檢測對于煤礦安全生產(chǎn)及環(huán)境保護有特別重要的意義。便攜式甲烷檢測報警儀是各國應用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測儀表，可隨時檢測作業(yè)場所的甲烷濃度，也可使用甲烷傳感器對甲烷濃度進行連續(xù)實時地監(jiān)測。大體上當前應用的便攜式甲烷檢測儀器，按檢測原理分為光學甲烷檢測儀、熱導型甲烷檢測儀、熱催化型甲烷檢測報警儀、氣敏半導體式甲烷檢測儀等幾種。 光干涉甲烷檢測儀性能穩(wěn)定、使用壽命長，測量準確，是我國煤礦主要的便攜式甲烷檢測儀器。但現(xiàn)有的光干涉甲烷檢測儀存在自動化程度低、測量方法繁瑣、讀數(shù)不直觀，人為誤差較大、不能存儲數(shù)據(jù)等缺點。為此本文在干涉型甲烷檢測儀實現(xiàn)的原理上提出利用線陣型電荷耦合器件(CCD)對干涉條紋進行非接觸式的自動測量，獲得條紋信息，通過CCD驅動、高速模數(shù)轉換、數(shù)據(jù)采集等關鍵技術，實現(xiàn)了干涉條紋位移的精確測量，由單片機對量化后的測量信號進行智能處理，數(shù)字化顯示甲烷含量的測量結果。 光干涉甲烷檢測的關鍵是對干涉條紋中白基線以及黑色條紋位置的檢測，本設計采用線陣CCD成像獲取條紋信息判別其位置。CCD是一種性能獨特的半導體光電器件，近年來在攝像、工業(yè)檢測等科技領域里得到了廣泛的應用。將CCD技術應用于位置測量可以實現(xiàn)高精度和非接觸測量的要求；運用FPGA實現(xiàn)CCD芯片的驅動具有速度快、穩(wěn)定高等優(yōu)點：模數(shù)轉換之后的數(shù)據(jù)沒有采用專用存儲芯片進行存儲，而采用FPGA硬件開發(fā)平臺和Verilog HDL硬件描述語言編寫代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)，同時提高數(shù)據(jù)采集精準度，既降低成本又提高了存儲效率。 本文設計的新系統(tǒng)使用方便、精度高、數(shù)據(jù)可儲存，克服了傳統(tǒng)光干涉甲烷檢測儀的缺點，技術指標和功能都得到較大改善。
上傳時間： 2013-06-08
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基于FPGA芯片的功能仿真平臺構建及靜態(tài)時序分析
上傳時間： 2013-06-28
上傳用戶：qilin
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