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： 2013-04-24
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视频监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛用于在电视台、银行、商场等场合。在视频图像监控系统中，经常需要对多路视频信号进行实时监控，如果每一路视频信号都占用一个监视器屏幕，则会大大增加系统成本。视频图像画面分割器主要功能是完成多路视频信号合成一路在监视器显示，是视频监控系统的核心部分。 传统的基于分立数字逻辑电路甚至DSP芯片设计的画面分割器的体积较大且成本较高。为此，本文介绍了一种基于FPGA技术的视频图像画面分割器的设计与实现。 本文对视频图像画面分割技术进行了分析，完成了基于ITU-RBT.656视频数据格式的画面分割方法设计；系统采用Xilinx公司的FPGA作为核心控制器，设计了视频图像画面分割器的硬件电路，该电路在FPGA中，将数字电路集成在一起，电路结构简洁，具有较好的稳定性和灵活性；在硬件电路平台基础上，以四路视频图像分割为例，完成了I2C总线接口模块，异步FIFO模块，有效视频图像数据提取模块，图像存储控制模块和图像合成模块的设计，首先，由摄像头采集四路模拟视频信号，经视频解码芯片转换为数字视频图像信号后送入异步FIFO缓冲。然后，根据画面分割需要进行视频图像数据抽取，并将抽取的视频图像数据按照一定的规则存储到图像存储器。最后，按照数字视频图像的数据格式，将四路视频图像合成一路编码输出，实现了四路视频图像分割的功能。从而验证了电路设计和分割方法的正确性。 本文通过由FPGA实现多路视频图像的采集、存储和合成等逻辑控制功能，I2C总线对两片视频解码器进行动态配置等方法，实现四路视频图像的轮流采集、存储和图像的合成，提高了系统集成度，并可根据系统需要修改设计和进一步扩展功能，同时提高了系统的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
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由于其很强的纠错性能和适合硬件实现的编译码算法，卷积编码和软判决维特比译码目前已经广泛应用于卫星通信系统。然而随着航天事业的发展，卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，信息量越来越大。如何在低信噪比的功率受限信道条件下提高传输速率成为目前亟待解决的问题。本论文结合在研项目，在编译码算法、编译码器的设计与实现、编译码器性能提高三个方面对卷积编码和维特比译码进行了深入研究，并进一步介绍了使用VHDL语言和原理图混合输入的方式，实现一种(7,3/4)增信删余方式的高速卷积编码器和维特比译码器的详细过程；然后将设计下载到XILINX的Virtex2 FPGA内部进行功能和时序确认，最终在整个数据传输系统中测试其性能。本文所实现的维特比译码器速率达160Mbps，远远高于目前国内此领域内的相关产品速率。 首先，论文具体介绍了卷积编码和维特比译码的算法，研究卷积码的各种参数(约束长度、生成多项式、码率以及增信删余等)对其译码性能的影响；针对项目需求，确定卷积编码器的约束长度、生成多项式格式、码率和相应的维特比译码器的回归长度。 其次，论文介绍了编解码器的软、硬件设计和调试一根据已知条件，使用VHDL语言和原理图混合输入的方式设计卷积编码和维特比译码的源代码和原理图，分别采用功能和电路级仿真，确定卷积编码和维特比译码分别需要占用的资源，考虑卷积编码器和维特比译码器的具体设计问题，包括编译码的基本结构，各个模块的功能及实现策略，编译码器的时序、逻辑综合等；根据软件仿真结果，分别确定卷积编码器和维特比译码器的接口、所需的FPGA器件选型和进行各自的印制板设计。利用卷积码本身的特点，结合FPGA内部结构，采用并行卷积编码和译码运算，设计出高速编译码器；对软、硬件分别进行验证和调试，并将验证后的软件下载到FPGA进行电路级调试。 最后，论文讨论了卷积编码和维特比译码的性能：利用已有的测试设备在整个数据传输系统中测试其性能(与没有采用纠错编码的数传系统进行比对)；在信道中加入高斯白噪声，模拟高斯信道，进行误码率和信噪比测试。
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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计算机图形学中真实感成像包括两部分内容：物体的精确图形表示；场景中光照效果的适当的描述。光照效果包括光的反射、透明性、表面纹理和阴影。对物体进行投影，然后再可见面上产生自然光照效果，可以实现场景的真实感显示。光照明模型主要用于物体表面某点处的光强度计算。面绘制算法是通过光照模型中的光强度计算，以确定场景中物体表面的所有投影像素点的光强度。Phong明暗处理算法是生成真实感3D图像最佳算法之一。但是由于其大量的像素级运算和硬件难度而在实现实时真实感图形绘制中被Gotuaud明暗处理算法所取代。VLSI技术的发展以及对于高真实感实时图形的需求使得Phong明暗处理算法的实现成为可能。利用泰勒级数近似的Fast Phong明暗处理算法适合硬件实现。此算法需要存储大量数据的ROM。这增加了实现的难度。 本文完成了以下工作： 1、本文简述了实时真实感图形绘制管线，详细叙述了所用到的光照明模型和明暗处理方法，并对几种明暗处理方法的效果作了比较，实验结果表明Fast Phong明暗处理算法适用于实时真实感图形绘制。 2、在熟悉Xilinx公司FPGA芯片结构及其开发流程的基础上，结合Xilinx公司提供的FPGA开发工具ISE 7.1i，仿真工具为ISE simulator，综合工具为XST；完成了Fast Phong明暗处理模块的FPGA设计与实现。综合得到的电路的最高频率为54.058MHz。本文的Fast Phong明暗处理硬件模块适用于实时真实感图形绘制。 3、本文通过误差分析，提出了优化的查找表结构。通过在FPGA上对本文所提结构进行验证。结果表明，本方案在提高速度、精度的同时将ROM的数据量从64K*8bit减少至13K*8bit。
上传时间： 2013-06-21
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无线局域网是计算机网络技术和无线通信技术相结合的产物，是利用无线媒介传输信息的计算机网络。在无线通信信道中，由于多径时延不可避免地存在符号间干扰，正交频分复用(OFDM)作为一种可以有效对抗符号间干扰(ISI)和提高频谱利用率的高速传输技术，引起了广泛关注。在无线局域网(WLAN)系统中，OFDM调制技术已经被采用作为其物理层标准，并且公认为是下一代无线通信系统中的核心技术。基于IEEE802.11a的无线局域网标准的物理层采用了OFDM技术，能有效的对抗多径信道衰落，达到54Mbps的速度，而未来而的IEEE802.11n将达到100Mbps的高速。因此，研发以OFDM为核心的原型机研究非常有必要。 本文在深入理解OFDM技术的同时，结合相应的EDA工具对系统进行建模并基于IEEE802.11a物理层标准给出了一种OFDM基带发射机系统的FPGA实现方案。整个设计采用目前主流的自顶向下的设计方法，由总体设计至详细设计逐步细化。在系统功能模块的FPGA实现过程中，针对Xilinx一款160万门的Spartan-3E XCS1600E芯片，依照：IEEE802.11a帧格式，对发射机系统各个模块进行了详细设计和仿真： (1)训练序列生成模块，包括长，短训练序列； (2)信令模块，包括卷积编码，交织，BPSK调制映射； (3)数据模块，包括加扰，卷积编码，删余，交织，BPSK/QPSK/16QAM/64QAM调制映射； (4)OFDM处理部分，包括导频插入，加循环前缀，IFFT处理； (5)对整个发射处理部分联调，并给出仿真结果另外，还完成了接收机部分模块的FPGA设计，并给出了相应的顶层结构与仿真波形。最后提出了改进和进一步开发的方向。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：李彦东
本文主要研究了认知无线电频谱感知功能的关键技术以及硬件实现方法。首先，提出了认知无线电频谱感知功能的硬件实现框图，包括射频前端部分和数字信号处理部分，接着简单介绍了射频前端电路的功能与特性，最后重点介绍了数字信号处理部分的FPGA实现与验证过程。 数字处理部分主要实现宽带信号的短时傅立叶分析，将中频宽带数字信号通过基于多相滤波器组的下变频模块，实现并行多通道的数字下变频，然后对每个信道进行重叠加窗处理，最后再做快速傅立叶分析(FFT)，从而得到信号的时频关系。整个系统主要包括：延时抽取模块、多相滤波器模块、32点开关式流水线FFT模块、滑动窗缓冲区、256点流水线FFT模块等。 本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整个系统采用全同步设计，可稳定工作于200MHz，其分析带宽高达65MHz，具有很高的使用价值。
上传时间： 2013-06-13
上传用户：bcjtao
本文研究的视频处理系统是上海市科委技术攻关基金项目“计算机视觉及其芯片化实现”的一部分，主要完成计算机视觉系统的一些基本工作，即视频图像的采集、预处理和显示等。 视频图像采集和预处理系统以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA为核心控制器件，结合视频模数转换芯片和VGA显示器，完成视频图像的实时采集、预处理和显示。采集和显示部分作为同外界交流信息的渠道，是构成计算机视觉系统必不可少的一部分；图像预处理则是计算机视觉系统进行高层处理的基础，优秀的预处理算法能有效改善图像质量，提高系统分析判断的准确性。 本文在介绍基于FPGA的视频采集、预处理系统整体架构的基础上，围绕以下四个方面展开了工作： 1.研究并给出了两种基于FPGA的设计方案用于实现YCrCb色度空间到RGB色度空间的转换； 2.针对采集的视频图像，根据VGA显示的要求，给出了一种实现图像去隔行的方案； 3.分析了一系列图像滤波的预处理算法，如均值滤波、中值滤波和自适应滤波等，在比较和总结各算法特点的基础上，提出了一种新的适用于处理混合噪声的滤波算法：混合自适应滤波法； 4.根据算法特点设计了多种采用FPGA实现的图像滤波算法，并对硬件算法进行RTL级的功能仿真和验证，还给出了各种滤波算法的实验结果，在此基础上对各种算法的效果进行直观的比较。 文中，预处理算法的实现充分利用了FPGA的片内资源，体现了FPGA在图像处理方面的特点及优势。同时，视频采集和显示的控制模块也由同一FPGA芯片实现，从而简化了系统整体结构。视频采集和预处理系统在FPGA上的成功实现为“计算机视觉及其芯片化实现”奠定了必要的基础、提供了一定理论依据。
上传时间： 2013-04-24
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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遗传算法是一种基于自然选择原理的优化算法，在很多领域有着广泛的应用。但是，遗传算法使用计算机软件实现时，会随着问题复杂度和求解精度要求的提高，产生很大的计算延时，这种计算的延时限制了遗传算法在很多实时性要求较高场合的应用。为了提升运行速度，可以使用FPGA作为硬件平台，设计数字系统完成遗传算法。和软件实现相比，硬件实现尽管在实时性和并行性方面具有很大优势，但同时会导致系统的灵活性不足、通用性不强。本文针对上述矛盾，使用基于功能的模块化思想，将基于FPGA的遗传算法硬件平台划分成两类模块：系统功能模块和算子功能模块。针对不同问题，可以在保持系统功能模块不变的前提下，选择不同的遗传算子功能模块完成所需要的优化运算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平台，使用VerilogHDL语言实现了伪随机数发生模块、随机数接口模块、存储器接口/控制模块和系统控制模块等系统功能模块，以及基本位交叉算子模块、PMX交叉算子模块、基本位变异算子模块、交换变异算子模块和逆转变异算子模块等遗传算法功能模块，构建了系统功能构架和遗传算子库。该设计方法不仅使遗传算法平台在解决问题时具有更高的灵活性和通用性，而且维持了系统架构的稳定。本文设计了多峰值、不连续、不可导函数的极值问题和16座城市的旅行商问题 (TSP)对遗传算法硬件平台进行了测试。根据测试结果，该硬件平台表现良好，所求取的最优解误差均在1％以内。相对于软件实现，该系统在求解一些复杂问题时，速度可以提高2个数量级。最后，本文使用FPGA实现了粗粒度并行遗传算法模型，并用于 TSP问题的求解。将硬件平台的运行速度在上述基础上提高了近1倍，取得了显著的效果。关键词：遗传算法，硬件实现，并行设计，FPGA，TSP
上传时间： 2013-06-15
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