本文首先分析數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的實際應(yīng)用情況，相關(guān)的DVB技術(shù)標準和測試標準ETR290，進而提出了一個可適用于實際工作環(huán)境的語義分析模型框架；并在FPGA開發(fā)環(huán)境ISE中按照這個語義分析模型框架構(gòu)造了一個具體的VHDL模型；同時利用工具軟件Synplify和modelsim完成軟件功能和時序仿真；然后設(shè)計相應(yīng)的硬件測試平臺來驗證模塊功能。針對數(shù)字圖像技術(shù)實際應(yīng)用環(huán)境的特點，本文提出了一種構(gòu)建在嵌入式硬件平臺上的分析模塊，可實時分析MPEG-2傳輸流語法。通過連接TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)24小時/7天長時間工作。模塊化的設(shè)計，使其可以安裝于各種設(shè)備或?qū)嶋H應(yīng)用環(huán)境中的各關(guān)鍵節(jié)點，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇y(tǒng)一的服務(wù)器；同時該模塊可設(shè)置成不同的硬件觸發(fā)模式，使之成為故障傳感器。因此，該模塊適用于工程開通、快速故障監(jiān)測、長時間監(jiān)控等。通過與市場上專業(yè)測試設(shè)備性能進行比較，在測試精確性方面不占優(yōu)勢，但在達到一定數(shù)量級的測試精度后，其廉價、簡易和無需維護的特點將呈現(xiàn)巨大的優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應(yīng)用與服務(wù)越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設(shè)計。 本文的目的是在FPGA芯片上設(shè)計實現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實現(xiàn)的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術(shù)指標，介紹了運動估計技術(shù)在MPEG-4中的應(yīng)用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎(chǔ)上討論了一種性能和硬件實現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進行了改進，設(shè)計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對其理論分析之后，對實現(xiàn)該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設(shè)計、實現(xiàn)與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現(xiàn)后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結(jié)果可知本文設(shè)計的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現(xiàn)二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結(jié)果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設(shè)計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進性和實時可實現(xiàn)性。
上傳時間： 2013-05-27
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隨著信息技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發(fā)展的主流。SoC技術(shù)以其成本低、功耗小、集成度高的優(yōu)勢正廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。通過對8位增強型CPU內(nèi)核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現(xiàn)，對SoC設(shè)計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎(chǔ)上，按照至頂向下的模塊化的高層次設(shè)計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結(jié)構(gòu)的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設(shè)計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數(shù)據(jù)通路的設(shè)計規(guī)劃。利用有限狀態(tài)機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設(shè)計規(guī)劃。利用組合電路與時序電路相結(jié)合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規(guī)劃。采用邊沿觸發(fā)使得一個機器周期對應(yīng)一個時鐘周期，執(zhí)行效率提高。使用硬件描述語言實現(xiàn)了各個模塊的設(shè)計。借助EDA工具ISE集成開發(fā)環(huán)境完成了各個模塊的編程、調(diào)試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設(shè)計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現(xiàn)有單片機進行升級和擴展。 本設(shè)計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執(zhí)行效率指標上均優(yōu)于傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核。本設(shè)計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結(jié)合開發(fā)出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設(shè)計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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LDPC(低密度奇偶校驗碼)編碼是提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)鍵技術(shù)。LDPC碼應(yīng)用于實際通信系統(tǒng)是本課題的研究重點。實際通信要求在LDPC碼長盡量短、碼率盡量高及硬件可實現(xiàn)的前提下，結(jié)合連續(xù)相位MSK調(diào)制，滿足歸一化信噪比SNR=2dB時，系統(tǒng)誤碼率低于10-4。根據(jù)課題背景，本文主要研究基于FPGA的LDPC編碼器設(shè)計與實現(xiàn)。 LDPC碼的編碼復雜度往往與其幀長的平方成正比，編碼復雜度大，成為編碼硬件實現(xiàn)的一個障礙；論文針對實際系統(tǒng)的預(yù)期指標，通過對多種矩陣構(gòu)造算法的預(yù)選方案及影響LDPC碼性能參數(shù)仿真分析，基于1/2碼率，1024和2048兩種幀長，設(shè)計了三種編碼器的備選方案，分別為直接下三角編碼器，串行準循環(huán)編碼器和二階準循環(huán)編碼器。 對于每種編碼器，分別設(shè)計了其整體結(jié)構(gòu)，并對每種編碼器的功能模塊進行深入研究，設(shè)計完成后利用第3方軟件MODELSIM對編碼器進行了時序仿真；根據(jù)時序仿真結(jié)果和綜合報告對三種編碼方案進行比較，最終選擇串行準循環(huán)編碼器作為硬件實現(xiàn)的編碼方案。 最后，在FPGA中硬件實現(xiàn)了串行準循環(huán)編碼器并對其進行測試，利用MATLAB仿真程序和串口通信工具最終驗證了這種編碼器的正確性和硬件可實現(xiàn)性。
標簽： LDPC FPGA 編碼器 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-08-02
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LDPC碼以其接近Shannon極限的優(yōu)異性能在編碼界引起了轟動，成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的發(fā)展，目前，LDPC碼已經(jīng)被多個通信系統(tǒng)定為信道編碼方案，并被應(yīng)用到第二代數(shù)字視頻廣播衛(wèi)星(DVB—S2)通信系統(tǒng)中。由于LDPC碼譯碼過程中所涉及的數(shù)據(jù)量龐大，譯碼時序控制復雜，如何實現(xiàn)LDPC碼譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現(xiàn)LDPC碼譯碼器為研究目標，主要對譯碼算法選擇、譯碼數(shù)據(jù)量化、定點數(shù)據(jù)表示方式、譯碼算法關(guān)鍵運算單元的FPGA設(shè)計和譯碼的時序控制進行了深入研究。首先分析了LDPC碼的基本譯碼原理和常用譯碼算法。然后重點分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和歸一化最小和算法，并對四種譯碼算法的糾錯性能和譯碼復雜度進行比較論證，選出適合硬件實現(xiàn)的譯碼方案。結(jié)合通信系統(tǒng)，對譯碼算法進行仿真分析，確定了譯碼算法的各個參數(shù)值和譯碼量化方案。 在系統(tǒng)仿真分析論證的基礎(chǔ)之上，以歸一化最小和譯碼算法為理論方案，利用硬件描述語言編寫譯碼功能模塊，并基于FPGA實現(xiàn)了固定譯碼長度的LDPC碼譯碼器，利用MATLAB和Modelsim分別對譯碼器進行了功能驗證和時序驗證，最后模擬通信系統(tǒng)完成了譯碼器的硬件測試。
標簽： LDPC FPGA 譯碼器 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-04-24
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1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優(yōu)異的性能在編碼界引起了轟動，并成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的發(fā)展，目前，Turbo碼已經(jīng)應(yīng)用到很多實際通信系統(tǒng)中。同時，如何實現(xiàn)Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現(xiàn)Turbo碼編譯碼器為研究目標，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標準的Turbo碼編碼結(jié)構(gòu)。然后分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和Max-Log-MAP譯碼算法，接著仔細分析了對系統(tǒng)性能影響的各個參數(shù)并逐一進行選擇，最后對各個選擇的系統(tǒng)進行仿真，對仿真的結(jié)果進行比較論證，確定滿足系統(tǒng)性能要求的各個參數(shù)。 論文在系統(tǒng)仿真分析論證的基礎(chǔ)之上，進行了Turbo碼編碼器的設(shè)計實現(xiàn)和硬件測試，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進行了Turbo碼譯碼器的FPGA設(shè)計實現(xiàn)和硬件測試。最后完成整個通信系統(tǒng)的搭建和調(diào)試。主要針對FPGA實現(xiàn)的數(shù)據(jù)量化、定點數(shù)據(jù)表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關(guān)鍵運算單元的FPGA設(shè)計和譯碼的時序控制進行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設(shè)計實現(xiàn)，并利用ModelSim和MATLAB分別對譯碼器進行了時序功能驗證和FPGA定點仿真測試。
上傳時間： 2013-05-30
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隨著集成電路頻率的提高和多核時代的到來，傳統(tǒng)的高速電互連技術(shù)面臨著越來越嚴重的瓶頸問題，而高速下的光互連具有電互連無法比擬的優(yōu)勢，成為未來電互連的理想替代者，也成為科學研究的熱點問題。目前，由OIF(Optical Intemetworking Forum，光網(wǎng)絡(luò)論壇)論壇提出的甚短距離光互連協(xié)議，主要面向主干網(wǎng)，其延遲、功耗、兼容性等都不能滿足板間、芯片間光互連的需要，因此，研究定制一種適用于板級、芯片級的光互連協(xié)議具有非常重要的研究意義。 本論文將協(xié)議功能分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層來設(shè)計，鏈路層功能包括了協(xié)議原語設(shè)計，數(shù)據(jù)幀格式和數(shù)據(jù)傳輸流程設(shè)計，流量控制機制設(shè)計，協(xié)議通道初始化設(shè)計，錯誤檢測機制設(shè)計和空閑字符產(chǎn)生、時鐘補償方式設(shè)計；物理層功能包含了數(shù)據(jù)的串化和解串功能，多通道情況下的綁定功能，數(shù)據(jù)編解碼功能等。 然后，文章采用FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)技術(shù)實現(xiàn)了定制協(xié)議的單通道模式。重點是數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)，物理層采用定制具備其功能的IP(Intellectual Property,知識產(chǎn)權(quán))——RocketIO來實現(xiàn)。實現(xiàn)的過程中，采用了Xilinx公司的ISE(Integrated System Environment,集成開發(fā)環(huán)境)開發(fā)流程，使用的設(shè)計工具包括:ISE，ModelSim，Synplify Pro,ChipScope等。 最后，本文對實現(xiàn)的協(xié)議進行了軟件仿真和上扳測試，訪真和測試結(jié)果表明，實現(xiàn)的單通道模式，支持的最高串行頻率達到3.5GHz，完全滿足了光互連驗證系統(tǒng)初期的要求，同時由RocketIO的高速串行差分口得到的眼圖質(zhì)量良好，表明對物理層IP的定制是成功的。
上傳時間： 2013-06-28
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擴頻通信具有較強的抗干擾、抗偵查和抗衰落能力,可以實現(xiàn)碼分多址,目前廣泛應(yīng)用于通信抗干擾、衛(wèi)星通信、導航、保密通信、測距和定位等各個方面。另外,隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字接收機和軟件無線電也已經(jīng)是現(xiàn)代通信研究的一個熱點。 本文正是順應(yīng)這種發(fā)展趨勢,在某工程項目的通信分系統(tǒng)中建立CDMA直接序列擴頻通信系統(tǒng)。 本文作者承擔了多點無線擴頻通信系統(tǒng)的研究,建立了一個完整的仿真系統(tǒng)。提出了適合于本系統(tǒng)的實現(xiàn)算法,同時還建立了基于軟件無線電平臺的系統(tǒng)的全FPGA設(shè)計和實現(xiàn),包括各個模塊的測試和整個系統(tǒng)的聯(lián)合測試。 文章的主要內(nèi)容如下： 1.簡述了擴頻通信及軟件無線電的發(fā)展及現(xiàn)狀。 2. 對直擴系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)中采用的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述。相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)包括擴頻碼的研究和選取,擴頻碼同步的研究,包括捕獲算法和跟蹤算法的研究,以及自適應(yīng)門限的研究。 3.詳細討論了該多點無線通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),提出了適合于本系統(tǒng)的算法。首先闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和設(shè)計參數(shù),接著分為物理層和鏈路層詳細闡述了各個模塊的設(shè)計與仿真,包括matlab仿真和modelsim仿真,文中給出了大量的仿真結(jié)果圖。仿真結(jié)果證明算法的正確性,仿真性能也能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。 4.介紹了該多點無線通信系統(tǒng)的硬件平臺與系統(tǒng)調(diào)試。首先介紹了系統(tǒng)的硬件平臺和硬件框圖,介紹了系統(tǒng)的相關(guān)器件及其配置,接著介紹了FPGA的開發(fā)流程、開發(fā)工具、設(shè)計原則及遇到的相關(guān)問題,最后介紹了系統(tǒng)的設(shè)計驗證與性能分析,給出了系統(tǒng)的調(diào)試方案和調(diào)試結(jié)果。 本文所討論的多點無線通信系統(tǒng)已經(jīng)在某工程項目的通信分系統(tǒng)中實現(xiàn)。目前工作正常,性能良好,具有通用性、可移植性,有重要的理論及實用價值。
標簽： 多點 無線擴頻 通信系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現(xiàn)D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設(shè)計與實現(xiàn)。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統(tǒng)的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統(tǒng)架構(gòu)。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協(xié)處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設(shè)計相應(yīng)的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預(yù)測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預(yù)測，可以改善運動補償精度，提高圖像質(zhì)量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設(shè)計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設(shè)計與實現(xiàn)，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設(shè)計中，將多處理器技術(shù)和流水線技術(shù)相結(jié)合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結(jié)構(gòu)以提供高數(shù)據(jù)吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環(huán)境下建立測試平臺，完成了對整個設(shè)計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優(yōu)化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數(shù)據(jù)表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實現(xiàn)進行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據(jù)其編碼方案，設(shè)計并實現(xiàn)了相應(yīng)的編解碼器。從算法性能和硬件實現(xiàn)復雜度兩個方面，將該算法與具有類似算法結(jié)構(gòu)的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實現(xiàn)CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優(yōu)化算法復雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內(nèi)存模塊增加數(shù)據(jù)讀寫速度，利用DSP塊處理核心運算單元，從而很大程度上提高了模塊的運行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設(shè)計并實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時序仿真和驗證。在硬件系統(tǒng)測試階段，設(shè)計并實現(xiàn)FPGA與PC機的串口通信模塊，提高了系統(tǒng)驗證的工作效率。
上傳時間： 2013-05-19
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