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?？梢詮V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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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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由于移動環(huán)境的復雜性，無線信號在發(fā)送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現(xiàn)象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術，Rake接收機在CDMA移動通信系統(tǒng)中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優(yōu)頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統(tǒng)容量和抗符號間干擾性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統(tǒng)最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統(tǒng)，介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現(xiàn)。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及OFDM和CDMA技術原理，并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統(tǒng)（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統(tǒng)模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統(tǒng)的可靠性；在此基礎上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現(xiàn)原理，給出了最大比合并時各種分徑數(shù)目下系統(tǒng)誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現(xiàn)設計方案及其系統(tǒng) 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數(shù)的增加，系統(tǒng)的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統(tǒng)中其分集效果更好，實現(xiàn)相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現(xiàn)結果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，F(xiàn)PGA
上傳時間： 2013-07-25
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同步是移動通信領域中的關鍵技術，是保障通信初始和進行的必要過程，對系統(tǒng)的性能影響重大。縱觀移動通信系統(tǒng)的發(fā)展史，同步技術自始至終都是人們研究的熱點。 @@ WCDMA作為第三代移動通信無線接口標準之一，已經在全世界范圍內得到了商用。小區(qū)搜索是WCDMA的重要物理層過程，是實現(xiàn)下行移動臺和基站間同步的重要手段。 @@ 作為ASIC領域的一種半定制電路，現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）既解決了全定制電路不能修改的不足，又解決了原有可編程器件容量有限的問題。FPGA以其強大的現(xiàn)場可編程能力和開發(fā)速度優(yōu)勢，逐漸成為ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。 @@ 因此，研究WCDMA同步算法及其在FPGA中的實現(xiàn)與驗證是具有理論和現(xiàn)實意義的。本文首先介紹了WCDMA物理層基礎，接著詳細討論了WCDMA主同步、輔同步和導頻同步的原理，介紹了前兩步同步的改進型算法和證明，并和傳統(tǒng)相關算法在資源和實現(xiàn)復雜度方面進行了比較，給出了下行同步的浮點仿真結果和分析。之后，深入討論了下行同步的FPGA （V4-SX-35）實現(xiàn)方案、運算流程和模塊間的接口設計。最后，介紹了下行同步的FPGA驗證方法。 @@ 本文較為深入的討論了WCDMA下行同步的算法和FPGA實現(xiàn)方案，給出了理論分析和仿真、實驗結果。并在低復雜度和資源開銷條件下，完成了FPGA的硬件設計和片上測試，達到了系統(tǒng)的性能指標。 @@關鍵詞：WCDMA；同步；小區(qū)搜索；FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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低密度校驗碼(LDPC)是一種能逼近Shannon容量限的漸進好碼，其長碼性能甚至超過了Turbo碼。低密度校驗碼以其迭代譯碼復雜度低，沒有錯誤平層，碼率和碼長可靈活改變的優(yōu)點成為Turbo碼強有力的競爭對手。目前，LDPC碼已廣泛應用于深空通信、光纖通信、衛(wèi)星數(shù)字視頻和音頻廣播等領域，因此LDPC碼編譯碼器的硬件實現(xiàn)已成為糾錯編碼領域的研究熱點之一。 本文在分析LDPC碼的基本編碼結構基礎上，首先研究了LDPC碼的隨機構造方法，并給出了有效的PEG算法實現(xiàn)方法，重點分析了用環(huán)消除(cycle elimination)算法實現(xiàn)的準循環(huán)LDPC碼的構造。然后對LDPC碼的幾種不同譯碼算法進行分析比較，討論了一種適合硬件實現(xiàn)的譯碼算法-TDMP算法，并對易于硬件實現(xiàn)的TDMP算法進行了性能仿真，仿真結果表明TDMP算法作為硬件實現(xiàn)的譯碼算法具有優(yōu)異的性能優(yōu)勢。最后針對Altera公司的StratixEPIS25 FPGA芯片設計了一個基于TDMP算法的(4096，2048)非規(guī)則LDPC碼譯碼器，內部用了4個單校驗碼譯碼器并行譯1幀數(shù)據(jù)，3幀同時譯碼，作者詳細介紹了該譯碼器芯片的設計過程和內部結構和工作流程。
上傳時間： 2013-05-23
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高速大容量數(shù)據(jù)采集存儲技術在通信、航天、氣象、雷達等多個領域中擁有著廣泛應用。各領域科技與信息技術不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)的采集和傳輸速率要求越來越高，對數(shù)據(jù)存儲的速度和容量要求也越來越高。高速數(shù)據(jù)存儲主要包括存儲介質選取、存儲器控制、數(shù)據(jù)存儲和總線應用等，如何實時、高速、連續(xù)大量地采集存儲數(shù)據(jù)是一個關鍵性問題。 本文設計了一種基于FPGA控制的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用符合ATA-6規(guī)范的IDE硬盤作為數(shù)據(jù)存儲介質，采用RAID0配置的磁盤陣列形式，并配合板載的128MB內存實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速大容量穩(wěn)定存儲。 該磁盤陣列同時管理五個IDE硬盤，平均數(shù)據(jù)流達到250MB/s，峰值傳輸速率達到500MB/s，也可以擴展更多硬盤構成大容量的磁盤陣列。系統(tǒng)采用PCI-9054橋芯片與計算機連接，可同時存儲四路AD數(shù)據(jù)，可以通過人機交互界面實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集情況，在計算機上實現(xiàn)整個磁盤陣列的實時控制。
標簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-14
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現(xiàn)代社會對各種無線通信業(yè)務的需求迅猛增長，這就要求無線通信在具有較高傳輸質量的同時，還必須具有較大的傳輸容量。這種需求要求在無線通信中必須采用效率較高的線性調制方式，以提高有限頻帶帶寬的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，而效率較高的調制方式通常會對發(fā)端發(fā)射機的線性要求較高，這就使功率放大器線性化技術成為下一代無線通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。 在本文中，研究了前人所提出的各種功放線性化技術，如功率回退法、正負反饋法、預失真和非線性器件法等等，針對功率放大器對信號的失真放大問題進行研究，對比和研究了目前廣泛流行的自適應數(shù)字預失真算法。在一般的自適應數(shù)字預失真算法中，主要有兩類：無記憶非線性預失真和有記憶非線性預失真。無記憶非線性預失真主要是通過比較功率放大器的反饋信號和已知輸入信號的幅度和相位的誤差來估計預失真器的各種修正參數(shù)。而有記憶非線性預失真主要是綜合考慮功率放大器非線性和記憶性對信號的污染，需要同時分析信號的當前狀態(tài)和歷史狀態(tài)。在對比完兩種數(shù)字預失真算法之后，文章著重分析了有記憶預失真算法，選擇了其中的多項式預失真算法進行了具體分析推演，并通過軟件無線電的方法將數(shù)字信號處理與FPGA結合起來，在內嵌了System Generator軟件的Matlab/Simulink上對該算法進行仿真分析，證明了這個算法的性能和有效性。 本文另外一個最重要的創(chuàng)新點在于，在FPGA設計上，使用了系統(tǒng)級設計的思路，與Xilinx公司提供的軟件能夠很好的配合，在完成仿真后能夠直接將代碼轉換成FPGA的網(wǎng)表文件或者硬件描述語言，大大簡化了開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。
上傳時間： 2013-06-20
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寬帶無線通信的持續(xù)高速的需求增長刺激了新的通信技術的不斷產生，而這些技術的發(fā)展，很大程度上都來自于不同技術的互相補充與融合，這也成為新標準的源泉。正交頻分復用(OFDM)技術在提供高效的頻譜利用率以及良好的抗多徑性能的同時，通過多輸入輸出(MIMO)技術來進一步增加信道容量，在不增加信號帶寬的基礎上取得更高的傳輸速率和更好的傳輸質量。因此MIMO-OFDM技術近年來在成為研究熱點的同時，已被認為是下一帶移動通信和網(wǎng)絡接入標準中的核心技術。 本文主要對MIMO-OFDM系統(tǒng)物理層的關鍵技術進行了研究，并主要對系統(tǒng)的同步和信道估計算法進行了深入的分析，并提出了一些改進。最后進行了MIMO-OFDM基帶系統(tǒng)基于FPGA的物理層設計，對其中一些關鍵模塊的設計，比如信道估計和空時譯碼模塊進行了詳細的討論。 第一章緒論部分首先結合寬帶無線通信技術發(fā)展的歷史就MIMO-OFDM技術產生發(fā)展的背景進行了分析，指出了MIMO-OFDM研究與發(fā)展方向，最后總結了本文的工作目標和基本要求。 第二章主要是推導分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)的基本原理，先分別從OFDM技術和MIMO技術兩方面概括性的介紹了其理論以及技術特點，最后對MIMO與OFDM結合的關鍵技術進行了討論。 第三章是對MIMO-OFDM同步算法的研究，主要針對基于訓練序列的同步算法進行了深入討論，關注點是訓練序列的設計。針對原有的一些算法進行了總結與比較，并主要對基于頻域設計的訓練序列符號同步算法做出了改進。 第四章首先從基于導頻的信道估計算法推導開始，關注點放在MIMO-OFDM系統(tǒng)下的自適應信道估計算法研究。文章將原有的一些OFDM自適應信道估計算法擴展到MIMO領域，結合基于共軛梯度的自適應算法并做出了一些改進。 第五章節(jié)是本文的硬件設計部分，文章基于一個2發(fā)2收MIMO-OFDM系統(tǒng)進行了基帶數(shù)字處理部分的FPGA設計工作，根據(jù)設計要求實現(xiàn)了發(fā)送端和接收端數(shù)據(jù)處理的基本功能，為完善的和更高性能的MIMO-OFDM系統(tǒng)實現(xiàn)奠定了基礎。
上傳時間： 2013-06-26
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數(shù)字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統(tǒng)等機械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎理論的發(fā)展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術來實現(xiàn)。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數(shù)據(jù)進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉換速率快的優(yōu)點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現(xiàn)PWM發(fā)生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設計的一個熱點。整個系統(tǒng)分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發(fā)生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字電子技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域?？焖俑盗⑷~變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中起著很重要的作用，F(xiàn)FT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)方面，有極大的優(yōu)勢。論文采用了在FPGA中實現(xiàn)FFT算法的方案。 數(shù)字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據(jù)實時處理的要求，給出了數(shù)字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現(xiàn)進行了分析和說明。 依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數(shù)三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現(xiàn)了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據(jù)通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協(xié)議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現(xiàn)了設備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-06-27
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