随着电子技术和计算机技术的飞速发展，视频图像处理技术近年来得到极大的重视和长足的发展，其应用范围主要包括数字广播、消费类电子、视频监控、医学成像及文档影像处理等领域。当前视频图像处理主要问题是当处理的数据量很大时，处理速度慢，执行效率低。而且视频算法的软件和硬件仿真和验证的灵活性低。 本论文首先根据视频信号的处理过程和典型视频图像处理系统的构成提出了基于FPGA的视频图像处理系统总体框图；其次选择视频转换芯片SAA7113，完成视频图像采集模块的设计，主要分三步完成：1)配置视频转换芯片的工作模式，完成视频转化芯片SAA7113的初始化：2)通过分析输出数据流的格式标准，来识别奇偶场信号、场消隐信号和有效行数据的开始和结束信号三种控制信号，并根据控制信号，用Verilog硬件描述语言编程实现图像数据的采集；3)分析SRAM的读写控制时序，采用两块SRAM完成图像数据的存储。然后编写软件测试文件，在ISE Simulator仿真环境进行程序测试与运行，并分析仿真结果，验证了数据采集和存储的正确性；最后，对常用视频图像算法的MATLAB仿真，选择适当的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模块构建方式，搭建视频算法平台，实现图像平滑滤波、锐化滤波算法，在Simulink中仿真并自动生成硬件描述语言和网表，对资源的消耗做简要分析。 本论文的创新点是采用新的开发环境System Generator for DSP实现视频图像算法。这种开发视频图像算法的方式灵活性强、设计周期短、验证方便、是视频图像处理发展的必然趋势。
上传时间： 2013-07-28
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目前对数字化音频处理的具体实现主要集中在以DSP或专用ASIC芯片为核心的处理平台的开发方面，存在着并行处理性能差，系统升级和在线配置不灵活等缺点。另一方面现有解决方案的设计主要集中于处理器芯片，而对于音频编解码芯片的关注度较低，而且没有提出过从芯片层到PCB板层的完整设计思路。本文针对上述问题对数字化音频处理平台进行了研究，主要内容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音频处理平台，该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它专用ASIC芯片的方案，论证了基于FPGA的音频处理系统的结构及设计工作流程，并对嵌入式音频处理系统专门进行了研究。 2、提出了从芯片层到PCB板层的完整设计思路，并将设计思路得以实现。完成了FPGA的设计及实现过程，包括：系统整体分析，设计流程分析，配置模块和数据通信模块的RTL实现等；解决了FPGA与音频编解码芯片TLV320AIC23B之间接口不匹配问题；给出配置和数据通信模块的功能方框图；从多个角度完善PCB板设计，给出了各个系统组成部分的详细设计方案和硬件电路原理图，并附有PCB图。 3、建立了实验和分析环境，完成了各项实验和分析工作，主要包括：PCB板信号完整性分析和优化，FPGA系统中各个功能模块的实验与分析等。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和实用性。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和音频编解码芯片TLV320AIC23B组成的数字化音频处理系统完全可以实现音频信号的数字化处理，从而可以将FPGA在数字信号处理领域的优点充分发挥于音频信号处理领域。
上传时间： 2013-06-09
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人体血液成份的无创检测是生物医学领域尚未攻克的前沿课题之一，动态光谱法在理论上克服了其它检测方法难以逾越的障碍——个体差异和测量条件对检测结果的影响。实现动态光谱检测，其关键在于采集多波长的光电容积脉搏波信号，并对其进行处理。针对动态光谱检测中信号微弱、信噪比低、处理数据量大的特点，本文设计了基于FPGA和面阵CCD摄像头的动态光谱数据采集与预处理系统，提高检测精度，采集出满足动态光谱信号提取要求的光电脉搏波；并对动态光谱频域提取法的核心算法FFT的FPGA实现进行研究。 课题提出用高灵敏度的面阵CCD摄像头替代常规光栅光谱仪中的光电接收器，实现对多波长的光电容积脉搏波的检测。结合面阵CCD的二维图像特点，采用信号累加法去除噪声，提高信号的信噪比。 创新性的提出一种不同于以往的信号累加方法——将处于同一行的视频信号在采样过程中直接累加，然后再进行传输和存储。不同于帧累加和异行累加，这种同行累加方式不但大大的提高了信号的信噪比，同时减小了数据的传输速度和传输量，降低了对存储器容量的要求，改善了动态光谱信号检测系统的性能。 针对面阵CCD摄像头输出的复合视频信号的特点，设计视频信号解调电路，得到高速、高精度的数字视频信号和准确的视频同步信号，用于后续的视频信号采集与处理。 根据动态光谱信号检测和视频信号采集的要求，选择可编程逻辑器件FPGA作为硬件平台，设计并实现了基于FPGA和面阵CCD摄像头的光电脉搏波采集与预处理系统。该系统实现了视频信号的精确定位，通过光谱信号的高速同行累加，实现了光电脉搏波信号的高精度检测。系统采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器系统，通过对其应用程序的开发，可靠的实现了数据的采集、传输和存储，提高了系统的集成度，降低了开发成本。 为实现动态光谱信号的频域提取，研究了基于FPGA的FFT实现方案，对各关键模块进行设计，为动态光谱信号的进一步处理打下良好的基础。 最后，通过实验证明了系统数据采集的正确性和信号预处理的可行性，得到了符合动态光谱信号提取要求的脉搏波信号。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的发展，指纹识别技术被广泛应用到各种不同的领域。对于一般的指纹识别系统，其设计要求具有很高的实时性和易用性，因此识别算法应该具有较低的复杂度，较快的运算速度，从而满足实时性的要求。所以有必要根据不同的识别算法采用不同的实现平台，使得指纹识别系统具有较高的可靠性、实时性、有效性等性能要求。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera．公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入到FPGA内部，与用户自定义逻辑组建成一个基于FPGA的片上专用系统。 本文在综合考虑各种应用情况的基础上，以网络技术、数据库技术、指纹识别技术和嵌入式系统技术为理论基础，提出了一种有效可行的系统架构方案。对指纹识别技术中各个环节的算法和原理进行了深入研究，合理的改进了部分指纹识别算法；同时为了提高系统的实时性，采用NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA硬件模块实现指纹图像处理主要算法。论文主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、特征提取和特征匹配算法原理进行阐述，同时改进了指纹图像的细化算法，提高了算法的性能，并设计了一套实用的指纹特征数据结构； 2、针对指纹图像预处理模块，包括图像的归一化、频率提取、方向提取以及方向滤波，采用基于FPGA的硬件电路的方式实现。实验结果表明，在保证系统误识率较低、可靠性高的基础上，大大提高了系统的执行速度； 3、改变了传统的单枚指纹识别方法，提出采用多枚指纹唯一标识身份，大大降低了识别系统的误识率； 4、改进了传统的基于三角形匹配中获取基准点的方法，同时结合可变界限盒思想进行指纹特征匹配。 5、结合COM+技术、数据库技术和网络技术，开发了后台指纹特征匹配服务系统，实现了嵌入式指纹识别系统同数据库的实时信息交换。 实验结果表明，本文所提出的系统构架方案有效可行，基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面具有独特的优势，拥有广阔的发展前景。
上传时间： 2013-04-24
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雷达信号处理是雷达系统的重要组成部分。在数字信号处理技术飞速发展的今天，雷达信号处理中也普遍使用数字信号处理技术。而现场可编程门阵列(FPGA)在数字信号处理中的广泛应用，使得FPGA在雷达信号处理中也占据了重要地位。 针对雷达信号处理的设计与实现，本文在以下两个方面展开研究： 一方面以线性调频信号(LFM)为例，分别对几种基本的雷达信号处理，如正交相干检波、脉冲压缩、动目标显示(MTI)/动目标检测(MTD)和恒虚警(CFAR)详细地阐述了其原理，在此基础上给出了其经常采用的实现方法，并在MATLAB环境中对各个环节进行了参数化仿真，详尽地给出了各环节的仿真波形图。针对仿真结果，直观形象地说明了不同实现方法的优劣。 另一方面结合MATLAB仿真结果，给出利用FPGA实现雷达信号处理的方案。在Xilinx ISE6.3i软件集成环境下，通过对Xilinx提供的IP核的调用，并与VHDL语言相结合，完成雷达信号处理的FPGA实现。
上传时间： 2013-04-24
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多功能车辆总线一类设备是一个在列车通信网(TCN，TrainCommunication Network)中普遍使用的网络接口单元。目前我国的新式列车大多采用列车通信网传输列车中大量的控制和服务信息。但使用的列车通信网产品主要为国外进口，因此迫切需要研制具有自主知识产权的列车通信网产品。 论文以一类设备控制器的设计为核心，采取自顶向下的模块设计方法。将设备控制器分为同步层和数据处理层来分别实现对帧的发送与接收处理和对帧数据的提取与存储处理。 同步层包含帧的识别模块、曼彻斯特译码模块、曼彻斯特编码与帧封装三个模块。帧识别模块检测帧的起始位并对帧类型进行判断。译码模块根据采集的样本值来判断曼彻斯特编码的值，采样的难点在于非理想信号带来的采样误差，论文使用结合位同步的多点采样法来提高采样质量。帧分界符中的非数据符不需要进行曼彻斯特编码，编码时在非数据符位关闭编码电路使非数据符保持原来的编码输出。 数据处理层以主控单元(MCU，Main Control Unit)和通信存储器为设计核心。MCU是控制器的核心，对接收的主帧进行分析，判断是从通信存储器相应端口取出应答从帧并发送，还是准备接收从帧并存入通信存储器。通信存储器存储设备的通信数据，合适的地址分配能简化MCU的控制程序，论文固定了通信存储器端口大小使MCU可以根据一个固定的公式进行端口的遍历从而简化了MCU程序的复杂度。数据在传输中由于受到干扰和冲突等问题而出现错误，论文采用循环冗余检验码结合偶检验扩展来对传输数据进行差错控制。 最后，使用FPGA和硬件描述语言Verilog HDL开发出了MVB一类设备。目前该一类设备已运用在SS4G电力机车的制动控制单元(BCU．Brake Control Unit)中并在铁道科学研究院通过了TCN通信测试。一类设备的成功研制为列车通信网中总线管理器等高类设备的开发奠定了坚实的基础。
上传时间： 2013-07-27
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FPGA 技术是图像处理领域的一个重要的研究课题，近年来倍受人们的关注。本文研究了视频信号的采集、显示以及通过网络进行传输的方法。并提出了一套基于FPGA 的实现方案。 系统可以分为采集控制模块、显示控制模块和网络传输控制模块3 部分。视频信号的采集用到了视频处理芯片SAA7113，通过FPGA 对其初始化，可以得到经过A/D 转换的YUV 格式视频信号，利用采集控制模块可以将这些视频信号保存到SRAM 中去。显示控制模块读出SRAM 中的视频信号，进行YUV 格式到RGB 格式的转换以及帧频变换等操作，再利用VGA 显示芯片THS8134 就可以将采集到的视频信号在LCD 上显示出来。基于IEEE802.3 协议的网络传输控制模块将YUV 格式的视频信号进行添加报头、CRC 校验码等操作后，将其变成一个MAC 帧，可以在以太网络中传输。 设计选用硬件描述语言Verilog HDL，在开发工具QuartusII 中完成软核的综合、布局布线、汇编，并最终在QuartusII 和Active-HDL 中进行时序仿真验证。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，再模拟外部器件对设计的接口进行验证。验证流程是功能仿真、时序仿真、板级调试，最终通过了系统测试，验证了该设计的功能。
上传时间： 2013-07-21
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视频图像处理的应用越来越广泛，各种处理算法也日趋成熟，相关的硬件技术不断地推陈出新。视频图像处理系统的硬件实现一般来说有三种方式：数字信号处理器(Digital Signal Processor)、专用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array)以及相关电路组成。最近几年，随着电子设计自动化(Electronic Design Automation)技术的迅速发展，使得基于FPGA的可编程片上系统(System On a Programmable Chip)逐渐成为嵌入式系统。应用的一种趋势。特别地，在视频图像处理系统设计中，数据量大，要求处理速度快，灵活性高，FPGA有其独特的优势。鉴于此，本文对基于FPGA和SOPC技术的视频图像处理系统进行了研究。 本文介绍了Xilinx公司FPGA的结构和功能特点，以及可编程片上系统的开发工具和片内系统设计流程。根据视频信号的相关知识，编写了视频图像处理IP核，构建了视频图像处理系统。整个系统以FPGA为核心器件，内嵌PowerPC405处理器模块，通过ⅡC总线完成视频解码芯片的初始化，总体上实现了对视频图像信号的采集、处理、存储和显示。 本文最后对系统进行了调试。经过实验验证，系统能正确和可靠地工作。整个系统的逻辑资源消耗占FPGA的百分之十几，剩余的资源可以做许多硬件算法或其它方面的应用。
上传时间： 2013-05-24
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普通GPS接收机在特殊环境下，如在高楼林立的城市中心，林木遮挡的森林公路，特别是在隧道和室内环境的情况下，由于卫星信号非常微弱，载噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很难有效捕获到卫星信号，导致无法正常定位。恶劣条件下的定位有广阔的发展和应用前景，特别是在交通事故、火灾和地震等极端环境下，快速准确定位当事者所处位置对于降低事态损失和营救受伤者是极为重要的。欧美和日本等发达国家也都制定了相应的提高恶劣条件下高灵敏度定位能力的发展政策。而高灵敏度GPS接收机定位的关键在于GPS微弱信号的处理。 本课题的主要研究内容是针对GPS微弱信号改进处理方法。针对传统GPS接收机信号捕获中的串行搜索方法提出了基于批处理的微弱信号捕获方法,来提高低信噪比情况下微弱信号的捕获能力，实现快速高灵敏度的准确捕获；针对捕获微弱信号处理大量数据导致的运算量激增，运用双块零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)处理方法减少运算量同时缩短捕获时间。针对传统GPS接收机延迟锁相环跟踪算法提出了基于卡尔曼滤波的新型捕获算法，减小延迟锁相环失锁造成的信号跟踪丢失概率，来提高恶劣环境下低信噪比信号的跟踪能力，实现微弱信号的连续可靠跟踪。通过提高GPS微弱信号的捕获与跟踪能力，进而使GPS接收机在恶劣环境下卫星信号微弱时能够实现较好的定位与导航。 通过拟合GPS接收机实际接收到的原始数据，构造出不同载噪比的数字信号，分别对提出的针对微弱信号的捕获与跟踪算法进行仿真比较验证，结果表明，对接收机后端信号处理部分作出的算法改进使得GPS接收机可以更好的处理微弱信号，并且具有较高的灵敏度和精度。文章同时针对提出的数据处理特征使用FPGA技术对算法主要的数据处理部分进行了初步的构架实现并进行了板级验证，结果表明，利用FPGA技术可以较好的实现算法的数据处理功能。文章最后给出了结论，通过提出的基于批处理和基于DBZP方法的捕获算法以及基于卡尔曼滤波的信号跟踪算法，可以有效地解决微弱GPS信号处理的难题，进而实现微弱信号环境下的定位与导航。
上传时间： 2013-04-24
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当今的船用导航雷达具有数字化、多功能、高性能、多接口、网络化。同时要求具有高可靠性、高集成度、低成本，信号处理单元的小型化，产品更新周期短。要同时满足上述需求，高集成度的器件应用是必须的。同时开发周期要短，需求软件的可移植性要强，并且是模块化设计，现场可编程门阵列器件(FPGA)已经成为设计首选。 现场可编程门阵列是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块(CLB)矩阵的可编程半导体器件。与为特殊设计而定制的专用集成电路(ASIC)相对，FPGA可以针对所需的应用或功能要求进行编程。虽然具有一次性可编程(OTP)FPGA，但是主要是基于SRAM的，其可随着设计的演化进行重编程。CLB是FPGA内的基本逻辑单元。实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都包含一个由4或6个输入、一些选型电路(多路复用器等)和触发器组成的可配置开关矩阵。开关矩阵是高度灵活的，可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。当今的FPGA已经远远超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能(如RAM、时钟管理和：DSP)的硬(ASIC型)块。由于具有可编程特性，所以FPGA是众多市场的理想之选。它高集成度，以及用于设计的强大软件平台、IP核、在线升级可满足需求。 本文介绍了基于FPGA实现船用导航雷达数字信号处理的设计，这是一个具体的、已经完成并进行小批量生产的产品，对指导实践具有一定意义。
上传时间： 2013-04-24
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