JPEG 2000是為適應(yīng)不斷發(fā)展的圖像壓縮應(yīng)用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達(dá)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(jī)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過提升的方法很容易構(gòu)造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設(shè)計。在當(dāng)今數(shù)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(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)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(jù)JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設(shè)計圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構(gòu)造小波基的系統(tǒng)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(gòu)造方法，并介紹了數(shù)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(gòu)造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結(jié)構(gòu)及其設(shè)計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢及FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結(jié)構(gòu)特點，以及Xilinx的FPGA開發(fā)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(nèi)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(shè)計和二維變換模塊設(shè)計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計-低速低功耗的串行流水線結(jié)構(gòu)和高速高功耗的并行陣列結(jié)構(gòu)。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計-低速低功耗的折疊結(jié)構(gòu)和高速高功耗的串行結(jié)構(gòu)。 文章對提升小波變換的FPGA實現(xiàn)中的大量細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了討論，給出了每種結(jié)構(gòu)提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進(jìn)行了仿真測試，仿真測試結(jié)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(yīng)領(lǐng)域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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本項目完成的是中國地面數(shù)字電視融合方案發(fā)端系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)。采用Stratix系列的EP1S80F1020C5FPGA為基礎(chǔ)構(gòu)建了主硬件處理平臺。系統(tǒng)中能量擴(kuò)散、LDPC編碼、符號交織、星座映射、同步PN頭插入、3780點IFFTOFDM調(diào)制以及信號成形4倍插值滾降濾波器等都是基于FPGA硬件設(shè)計實現(xiàn)的。本文首先介紹了數(shù)字電視的發(fā)展現(xiàn)狀，融合方案發(fā)端系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及FPGA設(shè)計的相關(guān)知識。第三章重點、詳細(xì)地介紹了基于FPGA的融合方案發(fā)端系統(tǒng)除LDPC編碼部分的各個模塊的具體實現(xiàn)，并對級連后的整個系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真、分析和驗證。第四章簡要介紹了與融合方案發(fā)端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似的一個窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發(fā)端的FPGA設(shè)計，并對該測試平臺的性能進(jìn)行了分析驗證。我在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解中國地面數(shù)字電視融合方案的整體結(jié)構(gòu)和原理。 2.制定了整個發(fā)端系統(tǒng)FPGA實現(xiàn)的框架以及各模塊的接口定義。 3.完成了3780點IFFTOFDM的FPGA設(shè)計和驗證。 4.完成了4倍插值169階滾降濾波器的算法改進(jìn)和FPGA設(shè)計與驗證。 5.完成了整個融合方案系統(tǒng)的功能仿真、分析和驗證。 6.完成了窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發(fā)端的FPGA設(shè)計以及仿真、驗證。
標(biāo)簽： FPGA 地面數(shù)字電視 仿真 方案
上傳時間： 2013-07-05
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本文研究了在復(fù)雜背景下紅外圖像的背景和噪聲抑制算法，并且完成了硬件實現(xiàn)，主要包括以下內(nèi)容： 1.通過對實際紅外圖像的背景和噪聲特性的研究分析，設(shè)計改進(jìn)了一種基于加權(quán)廣義次序統(tǒng)計濾波器的背景抑制的算法。紅外圖像的噪聲通常為脈沖噪聲，具有高頻特性；而紅外圖像的背景變換比較緩慢，其頻譜成分多集中在低頻區(qū)域，所以本文在對圖像特性分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計改進(jìn)了基于加權(quán)廣義次序統(tǒng)計濾波器的背景抑制的算法。在對采集的起伏背景紅外圖像進(jìn)行背景抑制后，用全局門限可以有效的分割出目標(biāo)信息，輸出包含目標(biāo)信息的二值化圖像，為后續(xù)處理提供數(shù)據(jù)。但是出于更復(fù)雜背景條件下算法有效性的目的，深入討論了局部自適應(yīng)門限分割算法的設(shè)計。 2.在實時信號處理系統(tǒng)中，底層的圖像預(yù)處理算法目前難以用軟件實現(xiàn)；但是其運算結(jié)構(gòu)相對比較簡單，適于用FPGA進(jìn)行硬件實現(xiàn)。本文對算法的FPGA設(shè)計作了較為深入地研究，同時介紹了算法的VHDL實現(xiàn)，利用模塊化的優(yōu)點對算法分模塊設(shè)計，對各個模塊的實現(xiàn)作了詳細(xì)介紹。 3.完成了紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的預(yù)處理部分硬件電路設(shè)計，對FPGA中預(yù)處理算法的處理結(jié)果進(jìn)行了驗證。通過算法在硬件上的實現(xiàn)，證明了算法的有效性。
標(biāo)簽： FPGA 紅外成像 制導(dǎo) 數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-07-02
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卷積編碼是深空通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)中常用的一種編碼方式。Viterbi碼算法是卷積碼的一種最大似然譯碼算法，它按照最大似然譯碼準(zhǔn)則，在網(wǎng)格圖上找出一條最大似然路徑來得到譯碼結(jié)果。本設(shè)計的主要內(nèi)容是3比特軟判決Viterbi譯碼器的FPGA實現(xiàn)，設(shè)計是采用硬件VHDL語言來完成，并在ModelSim和Quartus Ⅱ軟件環(huán)境下進(jìn)行編譯和仿真。在論文中介紹了Viterbi譯碼器的各模塊的各種算法，并著重介紹了本設(shè)計所采用的具體方法，通過仿真和測試，驗證了設(shè)計的正確性。最后，介紹了Viterbi譯碼器在未來通信中的發(fā)展和應(yīng)用。
上傳時間： 2013-07-02
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本文主要對基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實現(xiàn)及優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究。由于點乘運算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對點乘運算的FPGA設(shè)計進(jìn)行了重點優(yōu)化。首先比較分析了三種點乘算法，從運算復(fù)雜度的角度確定了蒙哥馬里算法是最利于FPGA芯片實現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語言實現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過三種模乘算法在FPGA上的實現(xiàn)，設(shè)計出一種串并混合的乘法器，達(dá)到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對本課題設(shè)計的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實驗，驗證了所設(shè)計的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進(jìn)行綜合及布局布線，綜合報告文件證明了本課題所設(shè)計的ECC加密系統(tǒng)達(dá)到了優(yōu)化芯片速度和面積的目的。
標(biāo)簽： FPGA ECC 密碼算法 優(yōu)化設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了如何利用FPGA(FieldProgrammableGateArray)技術(shù)來實現(xiàn)傳送流特殊信息的處理，其主要內(nèi)容如下：1.介紹了MPEG-2傳送流系統(tǒng)層的語法規(guī)范；2.描述了傳送流特殊信息之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系；3.簡要介紹了傳送流復(fù)用的原理和實現(xiàn)方法；4.詳細(xì)討論了如何用FPGA技術(shù)來實現(xiàn)對特殊信息的處理；整個項目的設(shè)計采用VHDL作為程序設(shè)計語言，都是以Xilinx的FPGA芯片及其ISE5.2i作為開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行的。
上傳時間： 2013-06-11
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數(shù)字電視近年來飛速發(fā)展，它最終取代模擬電視是一個必然趨勢。可編程邏輯技術(shù)以及EDA技術(shù)的升溫也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計的巨大變革。本論文將迅速發(fā)展的FPGA技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電視系統(tǒng)中，研究探討了數(shù)字電視前端系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備——傳輸流復(fù)用器的FPGA建模和實現(xiàn)，以及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。本論文首先介紹了數(shù)字電視的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，概述了數(shù)字電視前端系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)，以及可編程邏輯技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)勢。然后介紹了數(shù)字電視系統(tǒng)中的重要標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2以及傳輸流復(fù)用器的原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且從理論上闡述了復(fù)用器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)：PSI重組和PCR調(diào)整。接著詳細(xì)說明了如何運用創(chuàng)新思路，采用獨特的硬件架構(gòu)在一片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)整個復(fù)用器的軟件和硬件系統(tǒng)的方案，并且舉例說明了復(fù)用器硬件邏輯設(shè)計中所運用的幾個FPGA設(shè)計技巧。最后對本文進(jìn)行總結(jié)，并提出了數(shù)字電視系統(tǒng)中復(fù)用器設(shè)備未來發(fā)展的設(shè)想。本文中介紹的基于SOPC的硬件復(fù)用器設(shè)計方案，將系統(tǒng)的軟件和硬件集成在一款A(yù)ltera公司新推出的低成本高密度cyclone系列FPGA上，并且將FPGA設(shè)計技巧運用于復(fù)用器的硬件邏輯設(shè)計中。整個設(shè)計方案不但簡化了系統(tǒng)設(shè)計，而且實現(xiàn)了穩(wěn)定，高速，低成本，可擴(kuò)展性強(qiáng)的復(fù)用器系統(tǒng)。
上傳時間： 2013-06-02
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本文提出了一種適合于嵌入式SoC的USB器件端處理器的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。并主要研究了USB器件端處理器的RTL級實現(xiàn)及FPGA原型驗證、和ASIC實現(xiàn)研究，包括從模型建立、算法仿真、各個模塊的RTL級設(shè)計及仿真、FPGA的下載測試和ASIC的綜合分析。它的速度滿足預(yù)定的48MHz，等效門面積不超過1萬門，完全可應(yīng)用于SOC設(shè)計中。 本文重點對嵌入式USB器件端處理器的FPGA實現(xiàn)作了研究。為了準(zhǔn)確測試本處理器的運行情況，本文應(yīng)用串口傳遞測試數(shù)據(jù)入FPGA開發(fā)板，測試模塊讀入測試數(shù)據(jù)，發(fā)送入PC機(jī)的主機(jī)端。通過NI-VISA充當(dāng)軟件端，檢驗測試數(shù)據(jù)的正確。
上傳時間： 2013-07-24
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在衛(wèi)星遙感設(shè)備中，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和對傳輸式觀測衛(wèi)星遙感圖像質(zhì)量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)存儲量和傳輸數(shù)據(jù)量的急劇增長，然而衛(wèi)星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數(shù)據(jù)碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術(shù)就成了解決這一矛盾的關(guān)鍵技術(shù)。FPGA器件為實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現(xiàn)的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，通過用戶編程實現(xiàn)專門應(yīng)用的功能。它允許電路設(shè)計者利用基于計算機(jī)的開發(fā)平臺，經(jīng)過設(shè)計輸入，仿真，測試和校驗，直到達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，減少了開發(fā)周期。小波變換能夠適應(yīng)現(xiàn)代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質(zhì)量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質(zhì)量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)快速算法，有利于硬件實現(xiàn)，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現(xiàn)圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛(wèi)星遙感圖像的數(shù)據(jù)流，主要研究可以對衛(wèi)星圖像進(jìn)行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結(jié)構(gòu)和FPGA設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，從邊界延拓、濾波器結(jié)構(gòu)、整數(shù)小波、定點運算、原位運算等方面進(jìn)行了研究和討論，并且完成了針對衛(wèi)星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現(xiàn)。采用VerIlog語言對設(shè)計進(jìn)行了仿真驗證，并將仿真結(jié)果同matlab仿真結(jié)果進(jìn)行了比較，比較結(jié)果表明該方案能實現(xiàn)對衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結(jié)果也表明，系統(tǒng)時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛(wèi)星圖像的小波變換處理。
標(biāo)簽： FPGA 提升機(jī) 二維 離散小波
上傳時間： 2013-06-15
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低壓電力線通信(PLC)具有網(wǎng)絡(luò)分布廣、無需重新布線和維護(hù)方便等優(yōu)點。近年來，低壓電力線通信被看成是解決信息高速公路“最后一英里”問題的一種方案，在國內(nèi)外掀起了一個新的研究熱潮。電力線信道中不僅存在多徑干擾和子信道衰落，而且還存在開關(guān)噪聲和窄帶噪聲，因此在電力線通信系統(tǒng)中，信道編碼是不可或缺的重要組成部分。 本文著重研究了在FPGA上實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中的信道編解碼方案。其中編碼端由卷積碼編碼器和交織器組成，解碼端由Viterbi譯碼器和解交織器組成，同時為了與PC機(jī)進(jìn)行通信，還在FPGA上做了一個RS232串行接口模塊，以上所有的模塊均采用硬件描述語言VerilogHDL編寫。另外，峰值平均功率比(PAR)較大是OFDM系統(tǒng)所面臨的一個重要問題，必須要考慮如何降低大峰值功率信號出現(xiàn)的概率。本文重點研究了三種降低PAR的方法：即信號預(yù)畸變技術(shù)、信號非畸變技術(shù)和編碼技術(shù)。這三種方法各有優(yōu)缺點，但是迄今為止還沒有一種好方法能夠徹底地解決OFDM系統(tǒng)中較高PAR的弊病。本論文內(nèi)容安排如下：第一章介紹了課題的背景，可編程器件和OFDM技術(shù)的發(fā)展歷程。第二章詳細(xì)介紹了OFDM的原理以及實現(xiàn)OFDM所采用的一些技術(shù)細(xì)節(jié)。第三章詳細(xì)介紹了本課題中信道編碼的方案，包括信道編碼的基本原理，組成結(jié)構(gòu)以及方案中采用的卷積碼和交織的原理及設(shè)計。第四章詳細(xì)討論了編碼方案如何在FPGA上實現(xiàn)，包括可編程邏輯器件FPGA/CPLD的結(jié)構(gòu)特點，開發(fā)流程，以及串口通信接口、編解碼器的FPGA設(shè)計。第五章詳細(xì)介紹了如何降低OFDM系統(tǒng)中的峰值平均功率比。最后，在第六章總結(jié)全文，并對課題中需要進(jìn)一步完善的方面進(jìn)行了探討。
上傳時間： 2013-04-24
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