數字電視技術和超大規模深亞微米的系統級芯片設計技術是當前信息產業中最受關注的兩個方向。它們的交叉就是數字電視應用中的一系列系統級芯片和超深亞微米專用集成電路。其中信道處理系統及其相關芯片更是集中了數字信號處理前向糾錯編解碼等數字電視傳輸的核心技術，成為設計和開發整個數字電視系統的關鍵之一。數字高清晰度電視(Digital HDTV)做為第三代電視標準，已成為當今世界高技術競爭的焦點，本文正是從這個交叉點上出發對DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)標準中所涉及的信道編碼和調制部分進行了研究，重點分析了信道內編碼部分的硬件優化實現。本項目完成了DVB-H傳輸系統信道編碼的FPGA硬件設計和實現，系統所有FPGA硬件電路設計采用了Veillog HDL語言編寫。同時對清華大學數字電視地面傳輸標準DMB-T(Terrestrial Digital Multimedia/TV Broadcasting)中的關鍵技術做了研究，與DVB標準中的相關技術做了對比。 本文首先對DVB．H以及COFDM的相關理論進行介紹和研究。然后針對DVB-H信道編碼調制器中的部分核心算法的FPGA設計和實現進行了詳細的研究工作，包括外編碼、內編碼(卷積刪余)、內交織(包括比特交織和符號交織)、星座映射、幀形成、OFDM調制的部分設計等。相應地對DVB-H信道解碼解調器中的部分算法的FPGA設計的研究工作做了描述，包括符號解交織和比特解交織。同時對清華大學數字電視地面傳輸標準DMB-T外接收機中頻域和時域解交織模塊的FPGA設計實現做了描述。 筆者在項目中完成的主要工作有： (1)與項目組成員合作制定系統框架，劃分模塊。 (2)對所負責的模塊，包括外編碼、內編碼(卷積刪余)、內交織(包括比特交織和符號交織)、星座映射、幀形成、OFDM調制的算法進行研究并加以優化，建立軟件仿真模型，進行FPGA設計，仿真和實現。
上傳時間： 2013-06-10
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數字通信系統中，在實際信道上傳輸數字信號時，由于信道傳輸特性不理想及噪聲的影響，接收端所收到的數字信號不可避免地會發生錯誤。為了減小誤碼率，提高接收質量，必須采用差錯控制編碼。對于數字視頻通信系統這類高碼率，高要求的系統，為了提供優良的圖象質量，采用差錯控制編碼尤為重要。 本文采用的DVB-T系統差錯控制技術是針對于數字視頻通信而設計的，提出了糾錯編碼結合交織技術的實現方案，即RS(204，188，8)截短碼、卷積交織、卷積碼三種技術的級聯。各技術中的參數設計為輸入的MPEG-2傳輸流(TS流)提供了便利，在編碼后可以保持傳輸流的幀結構和同步字節不改變，使接收端的同步捕獲和同步跟蹤成為可能。 本文首先簡要介紹了差錯控制技術，DVB-T系統，以及硬件實現所用到的FPGA實現方法。然后分別研究RS碼、卷積交織、卷積碼的編解碼原理，并提出了三類技術的硬件實現方案。其中，重點論述了RS碼解碼的硬件實現。將RS碼解碼分為四個模塊：伴隨式計算，BM迭代，錢搜索和錯誤值計算，分別講述每個模塊的電路設計方案并給出仿真結果。最后，將該差錯控制系統應用于一個輸出速率恒定的實際數字視頻通信系統中，按系統需要，加入了接口電路和速率控制的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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該論文討論如何采用一種串行無逆的Berlekamp-Massey(BM)算法,設計應用于DVB系統中的RS(204,188)信道編碼/解碼電路,并通過FPGA的驗證.RS解碼器的設計采用無逆BM算法,并利用串行方式來實現,不僅避免了求逆運算,而且只需用3個有限域乘法器就可以實現,大大的降低了硬件實現的復雜度,并且因為在硬件實現上,采用了3級流水線(pipe-line)的處理結構.RS編碼器的設計中,利用有限域常數乘法器的特性對編碼電路進行優化.這些技術的采用大大的提高了RS編/解碼器的效率,節省了RS編/解碼器所占用資源.
上傳時間： 2013-08-05
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隨著人們對于數字視頻和數字圖像的需求越來越大，數字電視廣播和手機電視迅速發展起來，但是人們對于數字圖像質量的要求也越來越高。對于觀眾來講，畫面的質量幾乎是最為重要的，然而由于信道傳輸特性不理想和加性噪聲的影響，不可避免地會產生誤碼，導致圖像質量的下降，甚至無法正常收看。因此，為了保障圖像質量就需要采用糾錯編碼(又稱信道編碼)的方式來實現通信。在數字視頻廣播系統(DVB)中，無論是衛星傳輸，電纜傳輸還是地面傳輸都采用了信道編碼。 本文首先深入研究DVB標準中的信道編碼部分的關鍵技術；然后依照DVB-T標準技術要求，設計并硬件實現了數字視頻傳輸的信道編解碼系統。在該系統中，編解碼器與信源端的接口利用了MPEG-2的視頻傳輸接口同步并行接口(SPI)，這種接口的應用讓系統具有很強的通用性；與信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的數據通信設備可以直接與數字通信設備連接，這使得應用時對于信道的選擇具有較大的靈活性。 在深入理解RS編解碼算法，卷積交織/解交織原理，卷積編碼/VITERBI譯碼算法原理的基礎上，本文給出了解碼部分的設計方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件實現。在RS解碼過程中引入了流水線機制，從而很大程度上提高了解碼效率。解交織器部分采用了RAM分區循環法，利用對RAM讀寫地址的控制實現解卷積交織，這種方法控制電路簡單，實現速度比較快，代價小。VITERBI譯碼器采用截尾譯碼，在幾乎不影響譯碼準確度的基礎上大大提高了解碼效率。
上傳時間： 2013-07-16
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音頻管理組件(Audio Management Unit，AMU)是先進客艙娛樂與服務系統(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的組成部分，應用于飛機上音頻資源的管理與控制。飛機運營對航空機載電子系統準確性、復雜性和安全性的高要求，使得其維修維護工作極大地依賴于自動測試設備(Automatic Testing Equipment，ATE)。本課題來源于實際工程項目， FPGA技術具備多種優點，將其與民航測試設備結合研制一個用于檢測AMU故障的自動測試系統，該系統將對AMU自動完成部件維修手冊(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所規定的全部功能、性能方面的綜合測試。 本文首先概述音頻管理組件、自動測試系統及其在民航領域的應用，并闡述了課題的背景、研究目標和相關技術要求；文章對可編程邏輯器件CPLD/FPGA的結構原理、硬件描述語言VHDL的特點以及MAXL+plusⅡ軟件的設計流程進行了說明，重點闡述了基于FPGA的DDS信號發生器以及數據采集卡的設計實現、并著重闡述了ARINC429總線的傳輸規范，和基于FPGA的ARINC429總線接口的設計與實現。在ARINC429接口設計中采用自頂向下，多層次系統設計的方法，用VHDL語言進行描述。在發送器中利用了FPGA內部的分布式RAM創建異步FIFO，節約了FPGA的內部資源和提高了數據傳輸速度；在接收器中采用了提高抗干擾性的優化設計。測試結果表明基于FPGA的設計實現ARINC429總線數據通信的要求，使用方便，可靠性好，能夠克服HS-3282芯片中的數據格式固定，使用不夠靈活方便，價格昂貴的缺點。
上傳時間： 2013-08-06
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數字信號處理是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一.目前,數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域.而數字信號處理算法的硬件實現一般來講有三種方式:用于通用目的的可編程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片組和ASIC;可以由用戶編程的FPGA芯片.隨著微電子技術的發展,采用現場可編程門陣列FPGA進行數字信號處理得到了飛速發展,FPGA正在越來越多地代替ASIC和PDSP用作前端數字信號處理的運算.該文主要探討了基于FPGA數字信號處理的實現.首先詳細闡述了數字信號處理的理論基礎,重點討論了離散傅立葉變換算法原理,由于快速傅立葉變換算法在實際中得到了廣泛的應用,該文給出了基-2FFT算法原理、討論了按時間抽取FFT算法的特點.該論文對硬件描述語言的描述方法和風格做了一定的探討,介紹了硬件描述語言的開發環境MAXPLUSII.在此基礎上,該論文詳細闡述了數字集成系統的高層次設計方法,討論了數字系統設計層次的劃分和數字系統的自頂向下的設計方法,探討了數字集成系統的系統級設計和寄存器傳輸級設計,描述了數字集成系統的高層次綜合方法.最后該文描述了數字信號處理系統結構的實現方法,指出常見的高速、實時信號處理系統的四種結構;由于FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位,所以該文提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想,給出了總體實現框圖;重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元,采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器,從而提高了蝶形處理器的運算速度,降低了運算復雜度.
上傳時間： 2013-07-19
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IEC JTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準.與JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能夠提供更好的數據壓縮比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多種特性使得它具有廣泛的應用前景.但是,JPEG2000是一個復雜編碼系統,目前為止的軟件實現方案的執行時間和所需的存儲量較大,若想將JPEG2000應用于實際中,有著較大的困難,而用硬件電路實現JPEG2000或者其中的某些模塊,必然能夠減少JPEG200的執行時間,因而具有重要的意義.本文首先簡單介紹了JPEG2000這一新的靜止圖像壓縮標準,然后對算術編碼的原理及實現算法進行了深入的研究,并重點探討了JPEG2000中算術編碼的硬件實現問題,給出了一種硬件最優化的算術編碼實現方案.最后使用硬件描述語言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器傳輸級(Register Transfer Level,RTL描述了該硬件最優化的算術編碼實現方案,并以Altera 20K200E FPGA為基礎,在Active-HDL環境中進行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成開發環境下完成了綜合以及后仿真,綜合得到的最高工作時鐘頻率達45.81MHz.在相同的輸入條件下,輸出結果表明,本文設計的硬件算術編碼器與實現JPEG2000的軟件:Jasper[2]中的算術編碼模塊相比,處理時間縮短了30﹪左右.因而本文的研究對于JPEG2000應用于數字監控系統等實際應用有著重要的意義.
上傳時間： 2013-05-16
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由于信道中存在干擾,數字信號在信道中傳輸的過程中會產生誤碼.為了提高通信質量,保證通信的正確性和可靠性,通常采用差錯控制的方法來糾正傳輸過程中的錯誤.本文的目的就是研究如何通過差錯控制的方法以提高通信質量,保證傳輸的正確性和可靠性.重點研究一種信道編解碼的算法和邏輯電路的實現方法,并在硬件上驗證,利用碼流傳輸的測試方法,對設計進行測試.在以上的研究基礎之上,橫向擴展和課題相關問題的研究,包括FPGA實現和高速硬件電路設計等方面的研究. 糾錯碼技術是一種通過增加一定的冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法.RS碼是一種典型的糾錯碼,在線性分組碼中,它具有最強的糾錯能力,既能糾正隨機錯誤,也能糾正突發錯誤.在深空通信,移動通信以及數字視頻廣播等系統中具有廣泛的應用,隨著RS編碼和解碼算法的改進和相關的硬件實現技術的發展,RS碼在實際中的應用也將更加廣泛. 在研究中,對所研究的問題進行分解,集中精力研究課題中的重點和難點,在各個模塊成功實現的基礎上,成功的進行系統組合,協調各個模塊穩定的工作. 在本文中的EDA設計中,使用了自頂向下的設計方法,編解碼算法每一個子模塊分開進行設計,最后在頂層進行元件例化,正確實現了編碼和解碼的功能. 本文首先介紹相關的數字通信背景；接著提出糾錯碼的設計方案,介紹RS(31,15)碼的編譯碼算法和邏輯電路的實現方法,RTL代碼編寫和邏輯仿真以及時序仿真,并討論了FPGA設計的一般性準則以及高速數字電路設計的一些常用方法和注意事項；最后設計基于FPGA的硬件電路平臺,并利用靜態和動態的方法對編解碼算法進行測試. 通過對編碼和解碼算法的充分理解,本人使用Verilog HDL語言對算法進行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平臺上面實現了編碼和解碼算法. 其中,編碼的最高工作頻率達到158MHz,解碼的最高工作頻率達到91MHz.在進行硬件調試的時候,整個系統工作在30MHz的時鐘頻率下,通過了硬件上的靜態測試和動態測試,并能夠正確實現預期的糾錯功能.
上傳時間： 2013-07-01
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-08-03
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本文首先介紹了利用FPGA設計數字電路系統的流程和雷達數字信號處理的主要內容。 在第二章中主要闡述了FIR數字濾波器的窗函數設計方法，并應用FIR濾波器設計數字動目標顯示和數字動目標檢測系統；脈沖壓縮處理是現代雷達信號處理的一個重要組成部分，線性調頻信號和二相巴克碼的脈沖壓縮處理方法在第三章做了重點描述?！ yclone系列芯片是高性價比，基于1.5V、0.13um采用銅制層的SRAM工藝。它是第一種支持配置數據解壓的FPGA芯片。論文設計的最后部分是利用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6F256C6和EPCS4配置芯片設計設計SD轉換器，在QuartusⅡ4.0下采用VHDL語言和邏輯電路圖結合的設計方法，經過仿真并最終實現了硬件設計?！ ≡O計結果表明電路性能可靠，SD轉換的精度較高，完全滿足設計的要求。
上傳時間： 2013-06-26
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