隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域，目前，常用的頻率合成技術有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數字化的DDS技術由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩定度高等優點而成為現代頻率合成技術中的佼佼者。隨著數字集成電路、微電子技術和EDA技術的深入研究，DDS技術得到了飛速的發展。 DDS是把一系列數字量化形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換產生已經用數字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統應包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉換電路一般由ROM實現；D/A轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現一個DDS系統，該DDS系統的硬件結構是以FPGA為核心實現的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發展，闡述了基于FPGA實現DDS技術的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎知識如結構特點、開發流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現直接數字頻率合成(DDS)的原理、電路結構、優化方法等。重點介紹DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設計的DDS系統可以很容易地嵌入到其他系統中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結構簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-07-05
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-07-25
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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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高速數字設計中的圣經，也叫黑魔書。 這本書是專門為電路設計工程師寫的它主要描述了模擬電路原理在高速數字電路設計中的分析應用。它告訴了大家在高速數字電路設計中遇到這些問題應該怎么去解決。他詳細分析了這些問題產生的原因和過程。
標簽： 高速數字
上傳時間： 2013-04-24
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甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內進行數據傳輸的光傳輸技術.它主要應用于網絡中的交換機、核心路由器(CR)、光交叉連接設備(OXC)、分插復用器(ADM)和波分復用(WDM)終端等不同層次設備之間的互連,具有構建方便、性能穩定和成本低等優點,是光通信技術發展的一個全新領域,逐漸成為國際通用的標準技術,成為全光網的一個重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統,完成了VSR技術的核心部分--轉換器子系統的設計與實現,使用現場可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來完成轉換器電路的設計和功能實現.深入研究現有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標準,在其技術原理的基礎上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統總吞吐量大的優勢,為將來向更高速率升級提供了依據.根據萬兆以太網的技術特點和傳輸要求,提出并設計了用VSR技術實現局域和廣域萬兆以太網在較短距離上的高速互連的系統方案,成功地將VSR技術移植到萬兆以太網上,實現低成本、構建方便和性能穩定的高速短距離傳輸. 本文所有的設計均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實現,采用Altera的Quartus Ⅱ開發工具和 Verilog HDL硬件描述語言完成了VSR4-1.0轉換器集成電路和萬兆以太網的SERDES的設計和仿真,并給出了各模塊的電路結構和仿真結果.仿真的結果表明,所有的設計均能正確的實現各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統的要求.
上傳時間： 2013-07-14
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全數字調制解調技術具有多速率、多制式、智能性等特點，這極大的提高了通信系統的靈活性和通用性，符合未來通信技術發展的方向。 本文從如下幾個方面對全數字調制解調器進行了深入系統研究：1，在介紹全數字調制解調器的發展現狀和研究QPSK通信調制解調方式的基礎上，依據軟件定性仿真分析了QPSK正交調制解調系統，設計出了滿足系統要求的實現電路框圖并選定了芯片；2，在完成了基于FPGA芯片實現QPSK調制解調的算法方案設計基礎上，利用VHDL語言完成了芯片程序的設計，并對其進行了調試和功能仿真；3，利用設計出的調制解調器與選定的AD、DA、正交調制解調芯片，完成了QPSK通信系統的硬件電路的設計并完成了調制電路的研制；4，完成電路的信息速率大于300Kbps，產生的中頻信號中心頻率70MHz，帶寬500KHz，滿足系統設計要求，由于時間關系解調電路仍在調試中。 本文基于FPGA實現的QPSK數字調制解調器具有體積小、集成度高和軟件可升級等優點，這為設計高集成和高靈活性的通信系統提供了技術基礎。
上傳時間： 2013-07-08
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本文對于全并行Viterbi譯碼器的設計及其FPGA實現方案進行了研究，并最終將用FPGA實現的譯碼器嵌入到某數字通信系統之中。 首先介紹了卷積碼及Viterbi譯碼算法的基本原理，并對卷積碼的糾錯性能進行了理論分析。接著介紹了Viterbi譯碼器各個模塊實現的一些經典算法，對這些算法的硬件結構設計進行優化并利用FPGA實現，而后在QuartusⅡ平臺上對各模塊的實現進行仿真以及在Matlab平臺上對結果進行驗證。最后給出Viterbi譯碼模塊應用在實際系統上的誤碼率測試性能結果。 測試結果表明，系統的誤碼率達到了工程標準的要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，同時所設計的基于FPGA實現的全并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的應用場合。
上傳時間： 2013-07-30
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頻率特性測試儀(簡稱掃頻儀)是一種測試電路頻率特性的儀器，它廣泛應用于無線電、電視、雷達及通信等領域，為分析和改善電路的性能提供了便利的手段。而傳統的掃頻儀由多個模塊構成，電路復雜，體積龐大，而且在高頻測量中，大量的分立元件易受溫度變化和電磁干擾的影響。為此，本文提出了集成化設計的方法，針對可編程邏輯器件的特點，對硬件實現方法進行了探索。 本文對三大關鍵技術進行了深入研究： 第一，由掃頻信號發生器的設計出發，對直接數字頻率合成技術(DDS)進行了系統的理論研究，并改進了ROM壓縮方法，在提高壓縮比的同時，改進了DDS系統的雜散度，并且利用該方法實現了幅度和相位可調制的DDS系統-掃頻信號發生器。 第二，為了提高系統時鐘的工作頻率，對流水線算法進行了深入的研究，并針對累加器的特點，進行了一系列的改進，使系統能在100MHz的頻率下正常工作。 第三，從系統頻率特性測試的理論出發，研究如何在FPGA中提高多位數學運算的速度，從而提出了一種實現多位BCD碼除法運算的方法—高速串行BCD碼除法；隨后，又將流水線技術應用于該算法，對該方法進行改進，完成了基于流水線技術的BCD碼除法運算的設計，并用此方法實現了頻率特性的測試。 在研究以上理論方法的基礎上，以大規模可編程邏輯器件EP1K100QC208和微處理器89C52為實現載體，提出了基于單片機和FPGA體系結構的集成化設計方案；以VerilogHDL為設計語言，實現了頻率特性測試儀主要部分的設計。該頻率特性測試儀完成掃頻信號的輸出和頻率特性的測試兩大主要任務，而掃頻信號源和頻率特性測試這兩大主要模塊可集成在一片可編程邏輯器件中，充分體現了可編程邏輯器件的優勢。 本文首先對相關的概念理論進行了介紹，包括DDS原理、流水線技術等，進而提出了系統的總體設計方案，包括設計工具、語言和實現載體的選擇，而后，簡要介紹了微處理器電路和外圍電路，最后，較為詳細地闡述了兩個主要模塊的設計，并給出了實現方式。
上傳時間： 2013-06-08
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本文分析了誤碼儀系統需求,制定出誤碼儀由誤碼測試子系統和人機界面子系統構成的總體結構圖.提出采用FPGA進行誤碼測試子系統模塊設計,提高了系統功能擴展性和系統的集成度,使用嵌入式操作系統進行系統應用軟件設計提高系統實時性.研究了傳統誤碼儀在誤碼測試子系統上設計方法,給出了偽隨機碼、人工碼、誤碼插入、誤碼計算模塊的設計原理,介紹了帶同步保護的同步判決模塊的設計方法,采用數據復合和數據分解技術,實現了高速人工碼發送以及誤碼測試,還制定了子系統間的通信協議.設計了人機界面子系統硬件電路圖,并詳細介紹了人機界面子系統中顯示模塊、實時時鐘模塊、數據存儲模塊、串行RS232通信模塊、鍵盤接口模塊的硬件設計及其驅動程序的開發.介紹了Small RTOS51嵌入式操作系統的特點,運行條件,重要概念以及移植方法,提出了使用Small RTOS51嵌入式操作系統的原因.分析了系統應用軟件需求,給出了基于Small RTOS51嵌入式操作系統任務創建方法,以及任務調度關系,詳細介紹了各任務執行流程圖.
上傳時間： 2013-07-10
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