隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發展，其應用范圍主要包括數字廣播、消費類電子、視頻監控、醫學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數據量很大時，處理速度慢，執行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數據流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數據的開始和結束信號三種控制信號，并根據控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現圖像數據的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數據的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數據采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創新點是采用新的開發環境System Generator for DSP實現視頻圖像算法。這種開發視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發展的必然趨勢。
上傳時間： 2013-05-20
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人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后，以其獨特的方便、經濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統的重要環節—人臉檢測，隨著研究的深入和應用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景，發展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發展，它的功能、應用和可靠性逐漸增加，在各個行業也顯現出自身的優勢。FPGA允許用戶根據自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設計方法的靈活性降低了整個系統的開發成本，FPGA 設計成為電子自動化設計行業不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結基于FPGA上的嵌入式系統設計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統在基于Xilinx的Virtex II Pro開發板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統成本、開發時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數據通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數據位進行操作它提取指數和尾數，然后對尾數執行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯分類器的訓練，提出可以迅速提高分類能力、特征數量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
上傳時間： 2013-07-01
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串行數字接口SDI是目前使用最廣泛的數字視頻接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267標準制定的，己經被世界上眾多數字視頻設備生產廠家普遍采納并作為標準視頻接口，主要用在非線性編輯系統、視頻服務器、虛擬演播室以及數字切換矩陣和數字光端機等場合。 以往的SDI接口在實現方法上有成本高、靈活性低等缺點，針對這些不足，本文在研究串行數字接口工作原理的基礎上，提出了一種基于FPGA的標清串行數字接口(SD-SDI)的設計方案，并使用SOPC Builder構成一個Nios II處理器系統，將SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA內部，從而提高系統的集成度，使之具有視頻數據處理速度快、實時性強、性價比高的特點。具體研究內容包括： 1.在分析SDI接口的硬件結構和工作原理的基礎上，提出了串行數字接口的嵌入式系統設計方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片內部配置以及驅動電路、均衡電路、電源電路等硬件電路設計。 2.采用軟邏輯方法實現SDI接口的傳輸功能，進行了具體的模塊化設計與仿真。 3.引入Nios II嵌入式軟核處理器對數據進行處理，設計了視頻圖像數據的采集程序。 該傳輸系統以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8為核心芯片，通過發送和接收電路的共同作用，能夠完成標清數字視頻信號的傳輸，初步確立了以SDI接口為數據源的視頻信號傳輸系統的整體模式和框架。
上傳時間： 2013-07-31
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當前，隨著電子技術的飛速發展，智能化系統中需要傳輸的數據量日益增大，要求數據傳送的速度也越來越快，傳統的數據傳輸方式已無法滿足目前的要求。在此前提下，采用高速數據傳輸技術成為必然，DMA(直接存儲器訪問)技術就是較理想的解決方案之一，能夠滿足信息處理實時性和準確性的要求。 本文以EDA工具、硬件描述語言和可編程邏輯器件(FPGA)為技術支撐，設計DMA控制器的總體結構。在通道檢測模塊中，解決了信號抗干擾和請求信號撤銷問題，并提出并行通道檢測算法；在優先級管理模塊中提出了動態優先級端口響應機制；在傳輸模塊中采用狀態機的設計思想設計多個通道的數據傳輸。通過各模塊問題的解決及新方法的采用，最終設計出基于FPGA的多通道DMA控制器的IP軟核。實驗仿真結果表明，本控制器傳輸速度較快，主頻達100MHz以上，且工作穩定。
上傳時間： 2013-05-16
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環境下開發的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題，如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發技術，實現智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發流程，指出實現結構優化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數運算結果的位擴展處理，進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求，論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩定控制要求，為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-06-13
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調試技術。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實現了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調試系統的軟、硬件設計；對兩種不同類型的FPGA-CPU進行了實際調試，對實驗數據進行了分析。 在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設計并實現了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內部通用寄存器組掃描電路、存儲器電路等；完成了各種外圍設備接口的設計；實現了調試系統的整體設計。 在軟件方面，設計了調試監控軟件，完成了對FPGA-CPU運行的控制和信號狀態的監測。這些信號包括地址和數據總線以及各種寄存器的數據等；實現了多種模式下的FPGA-CPU調試支持單時鐘調試、單步調試和軟件斷點多種調試模式。此外，設計了專用的編譯軟件，實現了基于不同指令系統的偽匯編程序編譯，提高了調試效率。 本文作者在實現了FPGA-CPU調試系統基礎上，對兩種指令系統不同、結構迥異的FPGA-CPU進行實際調試。調試結果表明，這種基于IP核的可復用設計技術，能夠在一個FPGA芯片內實現調試系統和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調試FPGA-CPU。
上傳時間： 2013-08-04
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隨著計算機技術和通信技術的迅速發展，數字視頻在信息社會中發揮著越來越重要的作用，視頻傳輸系統已經被廣泛應用于交通管理、工業監控、廣播電視、銀行、商場等多個領域。同時，FPGA單片規模的不斷擴大，在FPGA芯片內部實現復雜的數字信號處理系統也成為現實，因此采用FPGA實現視頻壓縮和傳輸已成為一種最佳選擇。 本文將視頻壓縮技術和光纖傳輸技術相結合，設計了一種基于無損壓縮算法的多路數字視頻光纖傳輸系統，系統利用時分復用和無損壓縮技術，采用串行數字視頻傳輸的方式，可在一根光纖中同時傳輸8路以上視頻信號。系統在總體設計時，確定了基于FPGA的設計方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片實現A/D轉換和D/A轉換，在FPGA里實現系統的時分復用/解復用、視頻數據壓縮/解壓縮和線路碼編解碼，利用光收發一體模塊實現電光轉換和光電轉換。視頻壓縮采用LZW無損壓縮算法，用Verilog語言設計了壓縮模塊和解壓縮模塊，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO來緩存壓縮/解壓縮單元的輸入輸出數據，光纖線路碼采用CIMT碼，設計了編解碼模塊，解碼過程中，利用數字鎖相環來實現發射與接收的幀同步，在ISE8.2和Modelsim仿真環境下對FPGA模塊進行了功能仿真和時序仿真，并在Spartan-3E開發板和視頻擴展板上完成了系統的硬件調試與驗證工作，實驗證明，系統工作穩定，圖像清晰，實時傳輸效果好，可用于交通、安防、工業監控等多個領域。 本文將視頻壓縮和線路碼編解碼在FPGA里實現，利用FPGA的并行處理優勢，大大提高了系統的處理速度，使系統具有集成度高、靈活性強、調試方便、抗干擾能力強、易于升級等特點。
上傳時間： 2013-06-27
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互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業，而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛星導航產業鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。 GPS接收機工作時，為了將本地信號和接收到的信號同步，要完成復雜的信號處理過程。其中，如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤是最重要的核心技術。很多研究者提出了多種解決方法，但這些方法多數都只停留在理論階段，無法應用于GPS接收機系統進行實時處理。 本課題在分析了多種現有算法的基礎上，研究設計了基于FPGA的GPS信號捕獲與跟蹤系統。在研究過程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片組設計制作了GPS接收機模塊，它能正常穩定地工作，并可用作GPS基帶信號處理的研究平臺；該平臺可實時地輸出GPS數字中頻信號；本課題在中頻信號的基礎上深入研究了GPS信號的捕獲與跟蹤技術。先詳細分析比較了幾種GPS信號捕獲方法，給出了步進相關的捕獲方案；接著分析了跟蹤環路的特點，給出了鎖頻環和鎖相環交替工作跟蹤載波以及載波輔助偽碼的跟蹤方案，并最終實現了這些方案。 本課題設計的GPS信號捕獲與跟蹤處理系統是通過硬件和軟件協同工作的方式實現的。硬件電路主要實現數據速率高、邏輯簡單的相關器功能；而基于MicroBlaze軟處理器的軟件主要實現數據速率低、邏輯復雜的功能。本文給出了硬件電路的詳細設計、仿真結果以及軟件設計的詳細流程。 本課題最終在FPGA上實現了GPS信號的捕獲與跟蹤功能，而且系統的性能良好。由此可以得出結論：本設計能夠滿足系統功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 本課題的研究得到了大連市信息產業局集成電路設計專項的資助，項目名稱是“定位與通信集成功能的SOC設計”，研究成果將在2008年上半年投入試用。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的發展，數字信號的采集與處理在科學研究、工業生產、航空航天、醫療衛生等部門得到越來越廣泛的應用，這些應用中對數字信號的傳輸速度提出了比較高的要求。傳統的基于ISA總線的信號傳輸效率低，嚴重制約著系統性能的提高。 PCI總線以其高性能、低成本、開放性、軟件兼容性等眾多優點成為當今最流行的計算機局部總線。但是，由于PCI總線硬件接口復雜、不易于接入、協議規范比較繁瑣等缺點，常常需要專用的接口芯片作為橋接，為了解決這一系列問題，本文提出了一種基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的實現方案，支持PCI突發訪問方式，突發長度為8至128個雙字長度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量為6000個邏輯宏單元，速度為-8，編譯后系統速度可以達到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的核心是PCI接口模塊。在硬件方面，特別討論了PCI接口模塊、地址轉換模塊、數據緩沖模塊、外部接口模塊和SRAM DMA控制模塊等五個功能模塊的設計方案和硬件電路實現方法，著重分析了PCI接口模塊的數據傳輸方式，采用模塊化的方法設計了內部控制邏輯，并進行了相關的時序仿真和邏輯驗證，硬件需要軟件的配合才能實現其功能，因此設備驅動程序的設計是一個重要部分，論文研究了Windows XP體系結構下的WDM驅動模式的組成、開發設備驅動程序的工具以及開發系統實際硬件的設備驅動程序時的一些關鍵技術。 本文最后利用基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯中的關鍵技術，對PCI數據采集卡進行了整體方案的設計。該系統采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA實現。
上傳時間： 2013-07-24
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