自香農(nóng)先生于1948年開創(chuàng)信息論以來，經(jīng)過將近60年的發(fā)展，信道編碼技術已經(jīng)成為通信領域的一個重要分支，各種編碼技術層出不窮。目前廣泛研究的低密度奇偶校驗(LDCP)碼是由R.G.Gallager先生提出的一種具有逼近香農(nóng)限性能的優(yōu)秀糾錯碼，并已在數(shù)字電視、無線通信、磁盤存儲等領域得到大量應用。 目前數(shù)字電視已經(jīng)成為最熱門的話題之一，用手機看北京奧運，已經(jīng)成為每一個中國人的夢想。最近兩年我國頒布了兩部與數(shù)字電視有關的通信標準，分別是數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴?DMB-TH)和移動多媒體(CMMB)即俗稱的手機電視標準。數(shù)字電視正與每個人走得越來越近，我國預期在2015年全面實現(xiàn)數(shù)字電視并停止模擬電視的播出。作為數(shù)字電視標準的核心技術之一的前向糾錯碼技術已經(jīng)成為眾多科研單位的研究熱點，相應的編解碼芯片更成為重中之重。在DMB-TH標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯(lián)編碼方式，在CMMB標準中用到了LDPC碼和RS碼的級聯(lián)編碼方式，在DVB-S2標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯(lián)編碼方式。 本論文以目前最重要的三個與數(shù)字電視相關的標準：數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴?DMB-TH)、手機電視標準(CMMB)以及數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標準(DVB-S2)為切入點，深入研究它們的編碼方式，設計了這三個標準中的LDPC碼編碼器，并在FPGA上實現(xiàn)了前兩個標準的編碼芯片，實現(xiàn)了DMB-TH標準中0.4、0.6以及0.8三種碼率的復用。在研究CMMB標準中編碼器設計時，提出一種改進的LU分解算法，該分解方式適合任意的H矩陣，具有一定的廣泛性。測試結果表明，芯片邏輯功能完全正確，速度和資源消耗均達到了標準的要求，具有一定的商用價值。
上傳時間： 2013-07-07
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LDPC(Low Density Parity Check)碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，最初由Gallager發(fā)現(xiàn)，故亦稱Gallager碼.它和著名Turbo碼相似，具有逼近香農(nóng)限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來信道編碼界研究的熱點。 LDPC碼的奇偶校驗矩陣呈現(xiàn)稀疏性，其譯碼復雜度與碼長成線性關系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復雜度問題，使長編碼分組的應用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼分組時，相距很遠的信息比特參與統(tǒng)一校驗，這使得連續(xù)的突發(fā)差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發(fā)差錯的特性。 本文首先介紹了LDPC碼的基本概念和基本原理，其次，具體介紹了LDPC碼的構造和各種編碼算法及其生成矩陣的產(chǎn)生方法，特別是準循環(huán)LDPC碼的構造以及RU算法、貪婪算法，并在此基礎上采用貪婪算法對RU算法進行了改進。 最后，選用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，實現(xiàn)了碼長為504的基于RU算法的LDPC編碼器。在設計過程中，為節(jié)省資源、提高速度，在向量存儲時采用稀疏矩陣技術，在向量相加時采用通過奇校驗直接判定結果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避開了復雜的矩陣求逆運算。結果表明，該編碼器只占用約10％的邏輯單元，約5％的存儲單元，時鐘頻率達到120MHz，數(shù)據(jù)吞吐率達到33Mb/s，功能上也滿足編碼器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運輸工具提供導航定位服務。它能夠軍民兩用，戰(zhàn)略作用與商業(yè)利益并舉。只要持有便攜式接收機，則無論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛(wèi)星發(fā)出的特定信號。接收機選取至少四顆衛(wèi)星發(fā)出的信號進行分析，就能確定接收機持有者的位置。 GPS導航定位接收機的理論基礎即是擴頻通信理論，擴頻通信技術與常規(guī)的通信技術相比，具有低截獲率，強抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前己從軍事領域向民用領域迅速發(fā)展，成為進入信息時代的高新技術通信傳輸方式之一。擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，本文所研究的就是這一類系統(tǒng)。 目前在衛(wèi)星信號的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時域法，基于大規(guī)模并行相關器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現(xiàn)有順序捕獲和并行捕獲技術的原理，并給出了它們的優(yōu)缺點。 本文第三章對長碼的直接捕獲進行了深入的研究，基于對國內(nèi)外相關文獻中長碼直捕方法的分析與對比，并且結合在實際過程中硬件資源需求的考慮，應用了基于分段補零循環(huán)相關和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度。本方法利用FFT實現(xiàn)接收信號與本地長碼的并行相關，同時完成頻偏的搜索，將傳統(tǒng)的二維搜索轉換為并行的一維搜索，從而能快速實現(xiàn)長碼捕獲。 GPS信號十分微弱，靈敏度低，在戰(zhàn)場環(huán)境下，GPS接收機會面臨各種人為的干擾。如何從復雜的干擾信號中實現(xiàn)對GPS信號的捕獲，即抗干擾技術的研究，是GPS也是本文研究一個的方面。第四章即研究了GPS接收機干擾抑制算法，在強干擾環(huán)境下，需要借助信號處理技術在不增加信號帶寬的條件下提高系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證后續(xù)捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機長碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實現(xiàn)方案，并對各主要子模塊進行了詳細地分析。基本型接收機中長碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實現(xiàn)；抗干擾型接收機中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實現(xiàn)了各模塊的單獨測試和整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，通過聯(lián)調(diào)驗證，本文提出的長碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對長碼的直接捕獲，可以應用于GPS接收機，監(jiān)測站接收機的同步等，對我國自主研發(fā)導航定位接收機也有重大的現(xiàn)實及經(jīng)濟意義。
上傳時間： 2013-06-18
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圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉化為數(shù)字信號，或者直接從數(shù)字相機中獲取數(shù)字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數(shù)據(jù)存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優(yōu)點。隨著對數(shù)據(jù)傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數(shù)據(jù)傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優(yōu)點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)與PCI9054的本地接口的信號轉換，給出了邏輯實現(xiàn)方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅動開發(fā)工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統(tǒng)下實現(xiàn)設備的驅動程序開發(fā)，完成主模式數(shù)據(jù)傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-09
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人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發(fā)展，它的功能、應用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設計成為電子自動化設計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經(jīng)過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-07-01
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本文將高效數(shù)字調(diào)制方式QAM和軟件無線電技術相結合，在大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA上對16QAM算法實現(xiàn)。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現(xiàn)實意義。 論文對16QAM軟件實現(xiàn)的基礎理論，帶通采樣理論、變速率數(shù)字信號處理相關抽取內(nèi)插技術做了推導和分析；深入研究了軟件無線電核心技術數(shù)字下變頻原理和其實現(xiàn)結構；對CIC、半帶等高效數(shù)字濾波器原理結構和性能作了研究；16QAM調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)設計采用自項向下設計思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環(huán)境下實現(xiàn)代碼輸入；對系統(tǒng)調(diào)試采用了算法仿真和在系統(tǒng)實測調(diào)試相結合方法。 論文首先對16QAM調(diào)制解調(diào)算法進行系統(tǒng)級仿真，并對實現(xiàn)的各模塊的可行性仿真驗證，在此基礎上，完成了調(diào)制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內(nèi)插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調(diào)器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實現(xiàn)了16QAM調(diào)制器；給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統(tǒng)在200KHz帶寬下實現(xiàn)了512Kbps的高速數(shù)據(jù)數(shù)率傳輸。論文還對增強型數(shù)字鎖相環(huán)EPLL的實現(xiàn)結構進行了研究和性能分析。
上傳時間： 2013-07-10
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軟件無線電是近年提出的新的通信體系，由于其具有靈活性和可重配置性并且符合通信的發(fā)展趨勢，已成為通信系統(tǒng)設計的研究熱點。因此對基于軟件無線電的調(diào)制解調(diào)技術進行深入細致的研究非常有意義。 本文首先從闡述軟件無線電的理論基礎入手，對多速率信號處理中的內(nèi)插和抽取、帶通采樣、數(shù)字變頻等技術進行了分析與探討，為設計和實現(xiàn)8PSK調(diào)制解調(diào)器提供了非常重要的理論依據(jù)。然后，研究了8PSK調(diào)制解調(diào)技術，詳細論述了它們的基本概念和原理，提出了系統(tǒng)實現(xiàn)方案，在DSP+FPGA平臺上實現(xiàn)了8PSK信號的正確調(diào)制解調(diào)。文中著重研究了突發(fā)通信的同步和頻偏糾正算法，針對同步算法選取了一種基于能量檢測法的快速位同步算法，采用相關器實現(xiàn)，同時實現(xiàn)位同步和幀同步。并且對于突發(fā)通信的多普勒頻偏糾正，設計了一個基于自動頻率控制(AFC)環(huán)的頻偏檢測器，通過修改數(shù)控振蕩器(NCO)的頻率控制字方法來校正本地載波頻率，整個算法結構簡單，運算量小，頻偏校正速度快，具有較好的實用性。其次，對相干解調(diào)的初始相位進行糾正時，提出了一種簡單易行的CORDIC方法，同時對FPGA編程當中的一些關鍵問題進行了介紹。最后，設計了自適應調(diào)制解調(diào)器，根據(jù)信噪比和誤碼率來自適應的改變調(diào)制方式，以達到最佳的傳輸性能。
標簽： FPGA 8PSK 調(diào)制解調(diào)
上傳時間： 2013-04-24
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密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用，而且往往需要系統(tǒng)進行實時運算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。本文主要設計并實現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設計方法，在此基礎上，設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數(shù)擴大時各種矩陣運算的分塊實現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結果比較，分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-06-08
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在數(shù)字電視系統(tǒng)中，MPEG-2編碼復用器是系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵沫h(huán)節(jié)，所有的節(jié)目、數(shù)據(jù)以及各種增值服務都是通過復用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數(shù)公司掌握復用器的核心算法技術，能夠采用MPEG-2可變碼率統(tǒng)計復用方法提高帶寬利用率，保證高質(zhì)量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數(shù)字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復用器的研究開發(fā)非常重要。本文針對復用器及其接口技術進行研究并設計出成形產(chǎn)品。 文中首先對MPEG-2標準及NIOS Ⅱ軟核進行分析。重點研究了復用器中的部分關鍵技術：PSI信息提取及重構算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗算法，給出了實現(xiàn)方法，并通過了硬件驗證。然后對復用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進行了分析與研究，給出了設計方法，并通過了硬件驗證。 本文的主要工作如下： ●首先對復用器整體功能進行詳細分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設計方案。 ●在FPGA上采用c語言實現(xiàn)了PSI信息提取與重構算法。 ●給出了實現(xiàn)快速的PID映射方法，并根據(jù)FPGA特點給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩(wěn)定性。 ●采用Verilog設計了SI信息提取與重構的硬件平臺，并用c語言實現(xiàn)了SDT表的提取與重構算法，在FPGA中成功實現(xiàn)了動態(tài)分配內(nèi)存空間。 ●在FPGA上實現(xiàn)了．ASI接口，主要分析了位同步的實現(xiàn)過程，實現(xiàn)了一種新的快速實現(xiàn)字節(jié)同步的設計。 ●在FPGA上實現(xiàn)了DS3接口，提出并實現(xiàn)了一種兼容式DS3接口設計。并對幀同步設計進行改進。 ●完成部分PCB版圖設計，并進行調(diào)試監(jiān)測。 本復用器設計最大特點是將軟件設計和硬件設計進行合理劃分，硬件平臺及接口采用Verilog語言實現(xiàn)，PSI信息算法主要采用c語言實現(xiàn)。這種軟硬件的劃分使系統(tǒng)設計更加靈活，且軟件設計與硬件設計可同時進行，極大的提高了工作效率。 整個項目設計采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設計平臺下設計實現(xiàn)。根據(jù)此方案已經(jīng)開發(fā)出兩臺帶有ASI和DS3接口的數(shù)字電視TS流復用器，經(jīng)測試達到了預期的性能和技術指標。
上傳時間： 2013-08-03
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結構，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和設計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現(xiàn)、優(yōu)化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據(jù)仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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