随着通信技术的发展,视频传输系统因具有方便、实时、准确等特点已成为现代工业管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纤传输以大容量、保密性能好、抗干扰能力强、传输距离等优点越来越受人们的关注。本论文以FPGA为核心芯片,结合数字化技术和时分复用技术,提出了一种无压缩多路数字视频光纤传输系统设计方案,并详细分析方案的设计过程。 系统分A/D转换、D/A转换和FPGA数据处理三大模块化进行设计,FPGA数据处理模块实现了程序的配置下载、IO口的控制功能、各时钟分频、锁相功能和多路数字信号的复接解复接仿真,同时完成了视频信号的A/D转换和数字视频信号的D/A转换功能,最终实现了八路视频信号在一根光纤上实时传输的功能。接收视频图像轮廓清晰、没有不规则的闪烁、没有波浪状等条纹或横条出现,基本满足视频监控系统的图像质量指标要求。各路视频信号的输入输出电接口、阻抗和收发光接口均符合国家标准,系统具高集成度、灵活性等特点,能广泛应用于各场合的视频监控系统和安全防范系统中。 关键词:FPGA,光纤传输,视频信号
上传时间: 2013-06-05
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随着人们对于高速无线数据业务的急切需求以及新的无线通信技术的发展,频谱资源匮乏问题日益严重。无线频谱的紧缺已经成为限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。认知无线电技术(Cognitive Radio)改变了传统的固定频谱分配方式,它以频谱利用的高效性为目标,允许非授权用户择机利用授权用户的频谱空洞传输数据,以此来解决无线频谱资源短缺的问题。它是具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。本文的目标是在基于FPGA+DSP的系统硬件平台上,以软件编程的方式实现认知无线电数据传输的功能。 软件无线电是实现认知无线电的理想平台。本文首先阐述了软件无线电的基本工作原理及关键技术途径,对多速率信号处理中的内插和抽取、带通采样、数字下变频、滤波等技术进行了分析与探讨,为设计多速率调制解调系统提供了理论基础。然后针对软件无线电的要求给出了基于FPFA+DSP的系统设计硬件框图,并对其中的部分硬件(FPGA、AD9857、AD9235)做了简要的描述并给出其初始化过程。在理解基本概念和原理的基础上,详细论述了在系统硬件设计平台上实现的π/4-DQPSK、8PSK、16QAM调制解调技术。本文给出了调制解调系统实现方案中的各个功能模块(差分编、解码,加同步头、内插和成形滤波,下变频,系统同步等)具体的设计方案和通过硬件编程实现了板级的仿真和最后的硬件实现,并对其中得到的数据进行分析,进一步验证方案的可行性。最后介绍了通信板同频谱感知板协同工作原理,依据频谱感知板获取的各个信道状况自适应的选择π/4-DQPSK、8PSK、16QAM调制解调方式并在FPGA上实现了其中部分功能。
上传时间: 2013-05-30
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本项目完成的是基于中国“数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制”国家标准的发射端系统FPGA设计与实现。在本设计中,系统采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA为基础构建的主硬件处理平台。对于发射端系统,数据处理部分的扰码器(随机化)、前向纠错编码(FEC)、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理(OFDM调制)、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器(SRRC)等各模块都是基于FPGA硬件设计实现的。其中关键技术:TDS-OFDM技术及其和绝对时间同步的复帧结构、信号帧的头和帧体保护技术、低密度校验纠错码(LDPC)等,体现了国标的自主创新特点,为数字电视领域首次采用。其硬件实现,亦尚未有具体产品参考。 本文首先介绍了当今国内外数字电视的发展现状,中国数字电视地面广播传输国家标准的颁布背景。并对国标系统技术原理框架,发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识进行了简要介绍。在此基础上,第三章重点、详细地介绍了基于FPGA实现的发射端系统各主要功能模块的具体结构设计,论述了系统中各功能模块的FPGA设计和实现,包括设计方案、算法和结构的选取、FPGA实现、仿真分析等。第四章介绍了对整个系统的级连调试过程中,对系统结构进行的优化调整,并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。作者在项目中完成的工作主要有: 1.阅读相关资料,了解并分析国标系统的技术结构和原理,分解其功能模块。 2.制定了基于国标的发端系统FPGA实现的框架及各模块的接口定义。 3.调整和改进了3780点IFFT OFDM调制模块及滚降滤波器模块的FPGA设计并验证。 4.完成了扰码器、前向纠错编码、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器等功能模块的FPGA设计和验证。 5.在系统级连调试中,利用各模块数据结构特点,优化系统模块结构。 6.完成了整个发射端系统FPGA部分的调试、分析和验证。
上传时间: 2013-04-24
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自香农先生于1948年开创信息论以来,经过将近60年的发展,信道编码技术已经成为通信领域的一个重要分支,各种编码技术层出不穷。目前广泛研究的低密度奇偶校验(LDCP)码是由R.G.Gallager先生提出的一种具有逼近香农限性能的优秀纠错码,并已在数字电视、无线通信、磁盘存储等领域得到大量应用。 目前数字电视已经成为最热门的话题之一,用手机看北京奥运,已经成为每一个中国人的梦想。最近两年我国颁布了两部与数字电视有关的通信标准,分别是数字电视地面传输标准(DMB-TH)和移动多媒体(CMMB)即俗称的手机电视标准。数字电视正与每个人走得越来越近,我国预期在2015年全面实现数字电视并停止模拟电视的播出。作为数字电视标准的核心技术之一的前向纠错码技术已经成为众多科研单位的研究热点,相应的编解码芯片更成为重中之重。在DMB-TH标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式,在CMMB标准中用到了LDPC码和RS码的级联编码方式,在DVB-S2标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式。 本论文以目前最重要的三个与数字电视相关的标准:数字电视地面传输标准(DMB-TH)、手机电视标准(CMMB)以及数字卫星电视广播标准(DVB-S2)为切入点,深入研究它们的编码方式,设计了这三个标准中的LDPC码编码器,并在FPGA上实现了前两个标准的编码芯片,实现了DMB-TH标准中0.4、0.6以及0.8三种码率的复用。在研究CMMB标准中编码器设计时,提出一种改进的LU分解算法,该分解方式适合任意的H矩阵,具有一定的广泛性。测试结果表明,芯片逻辑功能完全正确,速度和资源消耗均达到了标准的要求,具有一定的商用价值。
上传时间: 2013-07-07
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卫星导航定位系统可以为公路、铁路、空中和海上的交通运输工具提供导航定位服务。它能够军民两用,战略作用与商业利益并举。只要持有便携式接收机,则无论身处陆地、海上还是空中,都能收到卫星发出的特定信号。接收机选取至少四颗卫星发出的信号进行分析,就能确定接收机持有者的位置。 GPS导航定位接收机的理论基础即是扩频通信理论,扩频通信技术与常规的通信技术相比,具有低截获率,强抗噪声,抗干扰性,具有信息隐蔽和多址通信等特点,目前己从军事领域向民用领域迅速发展,成为进入信息时代的高新技术通信传输方式之一。扩频通信技术中,最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统,本文所研究的就是这一类系统。 目前在卫星信号的捕获上一般使用两种方法:顺序捕获方法(时域法,基于大规模并行相关器)和并行捕获方法(频域法,基于FFT)。本文在第二章分别分析了现有顺序捕获和并行捕获技术的原理,并给出了它们的优缺点。 本文第三章对长码的直接捕获进行了深入的研究,基于对国内外相关文献中长码直捕方法的分析与对比,并且结合在实际过程中硬件资源需求的考虑,应用了基于分段补零循环相关和FFT搜索频偏的直捕方法。此方法大大减少了计算量,加快了信号捕获的速度。本方法利用FFT实现接收信号与本地长码的并行相关,同时完成频偏的搜索,将传统的二维搜索转换为并行的一维搜索,从而能快速实现长码捕获。 GPS信号十分微弱,灵敏度低,在战场环境下,GPS接收机会面临各种人为的干扰。如何从复杂的干扰信号中实现对GPS信号的捕获,即抗干扰技术的研究,是GPS也是本文研究一个的方面。第四章即研究了GPS接收机干扰抑制算法,在强干扰环境下,需要借助信号处理技术在不增加信号带宽的条件下提高系统的抗干扰能力,以保证后续捕获跟踪模块有充足的处理增益。 本文在第五章给出了GPS接收机长码捕获以及干扰抑制的FPGA实现方案,并对各主要子模块进行了详细地分析。基本型接收机中长码捕获采用频域方法,选用Altera StratixⅡ EP2S180芯片实现;抗干扰型接收机中选用Xilinx xc4vlx100芯片。实现了各模块的单独测试和整个系统的联调,通过联调验证,本文提出的长码直接捕获方法正确、可行。 本文提出的长码直捕方法可以在不需要C/A码辅助捕获下完成对长码的直接捕获,可以应用于GPS接收机,监测站接收机的同步等,对我国自主研发导航定位接收机也有重大的现实及经济意义。
上传时间: 2013-06-18
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展,数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用,视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时,FPGA单片规模的不断扩大,在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实,因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合,设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统,系统利用时分复用和无损压缩技术,采用串行数字视频传输的方式,可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时,确定了基于FPGA的设计方案,采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换,在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码,利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法,用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块,利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据,光纤线路码采用CIMT码,设计了编解码模块,解码过程中,利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步,在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真,并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作,实验证明,系统工作稳定,图像清晰,实时传输效果好,可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现,利用FPGA的并行处理优势,大大提高了系统的处理速度,使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间: 2013-06-27
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智能化住宅小区,是指在一定范围内通过有效的传输网络,将多元住处服务、物业管理、安防以及住宅智能化等系统结合在一起,为该小区的服务与管理提供高技术的智能化手段。从而实现快捷高效的超值服务管理和安全舒适的家居环境,使业主生活得更安全、更方便。 随着国民经济和科学技术水平的提高,特别是计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术的迅速发展,促进了智能小区在我国的推广和应用。目前这些小区的智能化建设大多数是采用Lonworks、FF等现场总线技术。但是现场总线协议标准化程度还不成熟,且成本较高。随着宽带Internet进入家庭,利用Internet来构建智能小区已成为大势所趋。 本文介绍了一种基于以太网和FPGA的嵌入式智能小区管理系统的组建方法。首先,以Altera的FPGA为核心,通过在外围添加适当的存储设备和通信接口设备,构成一个嵌入式系统的硬件平台。其次,在此平台的基础上,通过在FPGA中定制Nios Ⅱ软核处理器以及在外围的Flash存储器中下载uClinux操作系统,从而构建出一套资源丰富的嵌入式操作系统。该系统带有一个网络功能齐全的Web服务器。最后,将此操作系统作为智能小区的楼宇集中器,再根据需要配置适当的采集器和显示器,就可以组建成一套功能强大的智能小区管理系统。它可以完成图像抄表、定时图像采集、实时温度监控、楼宇广播、智能语音报警等功能。 这种利用当前流行的嵌入式系统来组建的智能小区管理系统,不但实现简单、功能强大;而且节约布线、成本低廉。因此具有很高的性价比,相信在未来有较大的市场潜力。 本文主要包括如下几个部分:系统硬件结构设计,包括系统的原理图构建和PCB板的绘制:系统核心处理器设计,包括Nios Ⅱ软核CPU的设计方法、外围存储和通信器件的添加及设计方法;嵌入式操作系统uClinux的相关知识及移植方法:系统的软件结构设计,包括图像采集、温度采集、LCD显示等CGI程序设计,以及单片机语音报警程序设计等;最后给出了调试情况以及一些试验结果。
上传时间: 2013-04-24
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在数字电视系统中,MPEG-2编码复用器是系统传输的核心环节,所有的节目、数据以及各种增值服务都是通过复用打包成传输流传输出去。目前,只有少数公司掌握复用器的核心算法技术,能够采用MPEG-2可变码率统计复用方法提高带宽利用率,保证高质量图像传输。由于目前正处广播电视全面向数字化过渡期间,市场潜力巨大,因此对复用器的研究开发非常重要。本文针对复用器及其接口技术进行研究并设计出成形产品。 文中首先对MPEG-2标准及NIOS Ⅱ软核进行分析。重点研究了复用器中的部分关键技术:PSI信息提取及重构算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校验算法,给出了实现方法,并通过了硬件验证。然后对复用器中主要用到的AsI接口和DS3接口进行了分析与研究,给出了设计方法,并通过了硬件验证。 本文的主要工作如下: ●首先对复用器整体功能进行详细分析,并划分软硬件各自需要完成的功能。给出复用器的整体方案以及ASI接口和DS3接口设计方案。 ●在FPGA上采用c语言实现了PSI信息提取与重构算法。 ●给出了实现快速的PID映射方法,并根据FPGA特点给出一种新的PID映射方法,减少了逻辑资源的使用,提高了稳定性。 ●采用Verilog设计了SI信息提取与重构的硬件平台,并用c语言实现了SDT表的提取与重构算法,在FPGA中成功实现了动态分配内存空间。 ●在FPGA上实现了.ASI接口,主要分析了位同步的实现过程,实现了一种新的快速实现字节同步的设计。 ●在FPGA上实现了DS3接口,提出并实现了一种兼容式DS3接口设计。并对帧同步设计进行改进。 ●完成部分PCB版图设计,并进行调试监测。 本复用器设计最大特点是将软件设计和硬件设计进行合理划分,硬件平台及接口采用Verilog语言实现,PSI信息算法主要采用c语言实现。这种软硬件的划分使系统设计更加灵活,且软件设计与硬件设计可同时进行,极大的提高了工作效率。 整个项目设计采用verilog和c两种语言完成,采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20,在Quartus和NIOS IDE两种设计平台下设计实现。根据此方案已经开发出两台带有ASI和DS3接口的数字电视TS流复用器,经测试达到了预期的性能和技术指标。
上传时间: 2013-08-03
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当前我国正处在从模拟电视系统向数字电视系统的转型期,数字电视用户数量激增,其趋势是在未来的几年内数字电视将迅速普及。在应用逐渐广泛的数字电视系统中,监控数字电视服务正成为一种越来越迫切的需要。然而,目前对于数字电视并没有合适的监测仪器,因此无法及时方便地诊断出现问题的信号以及隔离需要维修的数字化设备。通常只有当电视屏幕上的图像消失时我们才知道数字信号系统出了问题。几乎没有任何线索可以用来找到问题的所在或原因,码流分析仪器在这种情况下应运而生。目前在数字电视系统的前端,通过监控了解数字视频广播(DVB)信号和服务的状况从而采取措施比通过观众的反映而采取措施要主动和及时得多。传输流(TS)的测试设备可使技术人员分析码流的内部情况,它们在决定未来服务质量和客户满意度方面将扮演更重要的角色。 本文着重研究了在DVB广播电视系统中,DVB-ASI信号的解码、MPEG-2TS的实时检错原理和基于现场可编辑门阵列(FPGA)的实现方法。文章首先阐述了数字电视系统的一些基本概念,介绍了MPEG-2/DVB标准、ETR101 290标准、异步串行接口(ASI)。然后介绍了FPGA的基本概念与开发FPGA所使用的软件工具。最后根据DVB-ASI接收系统的解码规则与MPEG-2TS码流的结构提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS码流实时分析与检测系统设计方案并予以了实现。 在本系统中,FPGA起着核心的作用,主要完成DVB-ASI的解码、MPEG-2TS码流检错、以及数字电视节目专有信息(PSI)提取等功能。本文实现的系统与传统的码流分析仪相比具有集成度较高、易扩展、便于携带、稳定性好、性价比高等优点。
上传时间: 2013-06-04
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基于 nRF905芯片的无线传输设计与实现
上传时间: 2013-04-24
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