H.264/AVC是由國際電信聯合會的視頻專家組和國際標準化組織的運動圖像專家組組成的聯合視頻小組制定的下一代視頻壓縮標準。新標準采用了一些先進算法，因此具有優異的壓縮性能和極好的網絡親和性，滿足低碼率情況下的高質量視頻的傳輸。 H.264/AVC采用的先進算法包括多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數變換量化、去方塊濾波和熵編碼。本論文著重對整數變換與量化、去方塊濾波做了研究。整數變換是一種只有加法和移位的運算，量化可以通過查表和乘法操作就可以完成，避免了反變換的時候失配問題，沒有精度損失；去方塊濾波是一種用來去除低碼率情況下的每個宏塊的塊效應，提高了解碼圖像的外觀。 本文主要從算法研究和硬件實現兩方面著手，在算法研究方面設計了一個可視化測試軟件，在硬件實現方面主要對整數變換、量化和去方塊濾波做了研究和實現。視頻壓縮技術的關鍵在于視頻壓縮算法及其芯片的實現，FPGA可重復使用，設計修改靈活，片內資源豐富，具備DSP模塊等優勢。在本論文的目標實現部分模塊FPGA的硬件設計，用Verilog完成了關鍵部分的設計。首先簡要介紹了視頻壓縮基本原理，常用視頻壓縮標準及其特性以及國內外的研究動態，并對H.264標準基本檔次所涉及的核心技術進行了詳細介紹，兩種分層結構分別討論。其次在掌握了H.264.算法及編解碼流程的基礎上，設計了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺。然后詳細介紹了整數變換、量化、反變換和反量化核心模塊的設計和實現，并在Altera的軟件和開發板上進行了仿真驗證；對去方塊濾波算法做了軟件研究測試，并給出了一種改進的硬件整體結構設計。最后，對全文工作進行了總結和對未來研究工作做了展望。我在課題中所做的主要工作有： 1.查閱相關文獻，熟悉H.264.標準及整數變換、量化和去方塊濾波等算法。 2.用VC++完成了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺設計。 3.用Verilog完成了整數變換量化、反變換反量化模塊FPGA設計與驗證。 4.去方塊濾波器的算法研究、仿真和硬件整體結構設計。
上傳時間： 2013-04-24
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對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，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、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。
上傳時間： 2013-07-09
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H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質下，平均節約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構，實現靈活性極大，其規定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據需求的不同而不同。 H.264雖然具有優異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優化算法，提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內預測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內編碼時間平均節約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現。首先研究了H.264編碼器硬件實現架構，并對影響編碼速度，且具有硬件實現優越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現。本文主要研究了H.264編碼器中整數DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統對輸入的殘差數據實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進，算法實現簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片FPGA上實現H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間： 2013-06-13
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-08-04
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JPEG 2000是為適應不斷發展的圖像壓縮應用而出現的新的靜止圖像壓縮標準，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達到時(空)域或頻率域局部化的時頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺機制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計算，使其在實時信號處理領域得到廣泛的應用。通過提升的方法很容易構造一般的整數小波變換，由于圖像一般用位數較低的整數表示，整數小波變換可以將為整數序列的圖像矩陣映射成整數小波系數矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設計。在當今數字化和信息化時代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領域的應用已經成為當今研究的熱點。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設計圖像壓縮系統的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數的意義，多分辨分析引出的構造小波基的系統方法和計算離散小波的快速算法等。重點放在介紹正交小波和雙正交小波的構造方法，并介紹了數字圖像在小波域的特點。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構造小波基以及傳統小波變換的提升實現，討論了整數小波變換。 第二部分介紹了FPGA結構及其設計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發展趨勢及FPGA/CPLD基本結構，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結構特點，以及Xilinx的FPGA開發軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點。 最后一部分是本論文研究的主要內容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設計和二維變換模塊設計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的串行流水線結構和高速高功耗的并行陣列結構。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的折疊結構和高速高功耗的串行結構。 文章對提升小波變換的FPGA實現中的大量細節問題進行了討論，給出了每種結構提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進行了仿真測試，仿真測試結果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應領域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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I2C協議源代碼，程序模擬I2C通訊——結構標準、可移植性高
上傳時間： 2013-04-24
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USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是當今消費電子產品和儀器設備中應用最廣的接口協議之一，然而目前國內的USB芯片只有極少數幾款，產品研究善處于起步階段，絕大部分產品主要由國外的IC設計芯片廠商如Cypress、NEC等一些國際著名公司提供。因而，如果能夠自主開發設計USB芯片以替代國外同類產品，將會有很好的市場前景和利潤空間。 本論文課題是針對基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，現場可編程門陣列器件)的數字電子產品應用設計一種實際可復用的USB接口引擎軟核。該軟核主要是用于處理USB標準協議包的通信處理，通過外接MCU(MultipointControlUnit，微控制器)就可以實現完整的USB接口通訊功能。它的功能相當于一些USB引擎的專用芯片如：Philips的PDIUSBD12等，其優點是結構簡單、靈活性高、復用設計方便。 功能仿真和綜合測試結果顯示本論文所設計的接口引擎軟核符合設計要求，并且軟核的性能和市場上同類產品基本一致。本論文的創新之處在于：1、從可配置性角度出發設計了低速、全速、高速三種可選模式；2、支持最多31個可配置端點；3、采用了可綜合、可移植的RTL(RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級)代碼設計規則，同時也開發了可綜合的驗證測試代碼；4、完全由硬件實現USB通信功能。
上傳時間： 2013-07-18
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隨著微電子技術的高速發展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用。FPGA就是硬件處理實時圖像數據的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產業的新熱點。 本文以FPGA為平臺，使用VHDL硬件描述語言設計并實現了中值濾波、順序濾波、數學形態學、卷積運算和高斯濾波等圖像處理算法。在設計過程中，通過改進算法和優化結構，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內在的并行性，采用流水線結構優化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設計中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節省了硬件資源，處理速度也很快。在數學形態學算法的硬件實現中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應了流水線設計的要求，提高了圖像處理速度。 整個設計及各個模塊都在Altera公司的開發環境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結果表明，使用FPGA硬件處理圖像數據不僅能夠獲得很好的處理效果，達到較高的工作頻率，處理速度也遠遠高于軟件法處理圖像，可滿足實時圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設計做了有益的探索性嘗試，對今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實時圖像處理系統的設計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-08
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近年來，圖像處理與識別技術得到了迅速的發展。人們已經充分認識到圖像處理和識別技術是認識世界、改造世界的重要手段。目前，圖像識別技術已應用到很多領域，滲入到各行各業，在醫學、公安、交通、工業等領域具有廣闊的應用前景。 這篇論文介紹了一種基于DSP＋FPGA構架的實時圖像識別系統。DSP作為圖像識別模塊的核心，負責圖像識別算法的實現；FPGA作為圖像采集模塊的核心，負責圖像的采集，并且完成預處理工作。圖像識別算法的運算量大，并且控制復雜，對系統的性能要求很高。DSP的特殊結構和優良性能很好地滿足了系統的需要，而FPGA的高速性和靈活性也保證了系統實時性，并且簡化了外圍電路，減少了系統設計難度。 系統使用模板匹配和神經網絡算法對數字0～9進行識別。模板匹配一般適用于識別規范化的數字、字符等小型字符集（特別是同一字體的字符集）。由于結構比較簡單，系統處理能力強，模板匹配的識別速度快并且識別率高，取得很好的效果。神經網絡所具有的分布式存儲、高容錯性、自組織和自學習功能，使其對圖像識別問題顯示出極大的優越性。 研究表明，在DSP+FPGA的構架上實現的圖像識別系統，具有結構靈活、通用性強的特點，適用于模塊化設計，有利于提高算法的效率。系統可以充分發揮和結合DSP和FPGA的優勢，準確快速地實現圖像識別。通過軟、硬件的靈活組合，系統可以實現圖像處理大部分的相關功能，使之能夠運用到工業視覺檢測、汽車牌照識別等系統中。
上傳時間： 2013-06-18
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軟件無線電作為一種新的無線通信概念和體制，近年來隨著3G標準的提出，日益受到國內外相關通信廠商的重視。尤其是基于軟件無線電和智能天線技術的TD-SCDMA作為通信史上第一個“中國標準”，有望扭轉多年來我國移動通信制造業的被動局面，是實現信息產業騰飛的一個絕好機會。軟件無線電使得通信體制具有很好的通用性、靈活性和可配置性，并使系統互聯和升級變得容易。本文以軟件無線電中的FIR濾波器為線索，貫穿了信號重構、多抽樣率信號處理、積分梳狀濾波器等理論分析，重點闡釋了FIR濾波器的設計方法及濾波器的FPGA實現等技術問題。 本文首先針對軟件無線電中的多抽樣率信號處理理論進行了討論和分析。討論了軟件無線電中如何實現整數倍抽取、整數倍內插、分數倍抽樣率變換，并分析了網絡結構的等效變換、多相濾波及積分梳狀濾波器的設計理論。 緊接著重點闡述了軟件無線電中FIR濾波器的設計理論，包括窗函數法、頻率抽樣法及等紋波法。分析了各種設計方法所能達到的性能指標及優缺點，并結合工程實例給出了相關的Matlab程序。并對FIR濾波器結構的選擇及系數字長的確定等問題進行了分析。此外，也介紹了在Matlab進行輔助設計時一些常用函數和命令的用法。 本文選用FPGA來實現中頻軟件無線電，FPGA與參數化ASIC、DSP比較有很多優勢，它不但在功耗、體積、成本方面優于參數化ASIC、DSP，而且處理效率高、現場可編程性能良好。不同于DSP的單流處理方式，FPGA是多流并行處理，這種處理方式使FPGA能完成DSP難以實現的許多功能。在簡單介紹了FPGA的一般原理，以及FPGA設計中的關鍵技術和在信號處理中的設計原則以后，重點介紹了FIR濾波器的FPGA實現方法。提出了分布式算法、加法器網絡法以及分段FIFO等實現方法。最后，提出了一種QuartusII與MATLAB聯合仿真的方法。此方法能夠直觀的檢驗濾波器的濾波效果，提高設計效率。并結合工程實例詳盡的介紹了FIR濾波器的設計開發流程。
上傳時間： 2013-04-24
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