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: 2013-04-24
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正交頻分復用(OFDM)是一種無線環境下的高速傳輸技術,它使用一系列低速子載波并行傳輸數據,具有抗多徑干擾的能力、能以很高的頻譜利用率實現高速數據傳輸等優點。數字音頻廣播(DAB)系統中采用OFDM調制技術。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和實現方法,分析了DAB中不同模式下OFDM調制的參數和特點。實現OFDM的核心技術是快速傅立葉變換(FFT)。本文在分析研究了多種FFT算法的基礎上選擇了最適合FPGA實現的,滿足DAB系統中OFDM調制要求的FFT算法,即將2048點FFT分解為基-4和基-2混合基算法。 本文研究重點是使用FPGA實現2048點復數FFT處理器。2048點FFT由五級基-4運算和一級基-2運算組成。針對這一算法以及FPGA特點,進行系統結構設計、各個模塊設計、FPGA實現和測試。一個基-4和基-2復用的蝶形運算模塊是整個FFT處理器的核心部分。此外系統還包括:系統控制模塊,地址產生模塊,RAM和ROM。本文特別針對2048點按頻率抽取基-4/2順序處理的FFT處理器提出了一種巧妙的數據地址和旋轉因子地址生成的方法。 仿真和驗證表明,運算的結果可以達到一定的精度要求,運算速度滿足系統要求,說明該OFDM調制器的設計是可行的,可以應用于DAB系統中
上傳時間: 2013-06-05
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經成功地應用于許多難優化問題,現已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而,較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現遺傳算法能夠充分發揮硬件的并行性和流水線的特點,從而在很大程度上提高算法的運行速度。 本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析,結合硬件自身的特點,選用了適合硬件化的遺傳算子,設計了標準遺傳算法硬件框架;為了進一步利用硬件自身的并行特性,同時提高算法的綜合性能,本文還對現有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究,討論了其各自的優缺點及研究現狀,并在此基礎上提出一種適合硬件實現的粗粒度并行遺傳算法。 我們構建的基于FPGA構架的標準遺傳算法硬件框架,包括初始化群體、適應度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細分析了各模塊的功能和端口連接,并利用硬件描述語言編寫源代碼實現各模塊功能。經過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟,實現在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數的優化問題,給出了實驗結果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調用。 最后,本文對硬件遺傳算法及其在函數優化中的一些尚待解決的問題進行了討論,并對本課題未來的研究進行了展望。
上傳時間: 2013-07-22
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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: 2013-07-28
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隨著數字電子技術的發展,數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域??焖俑盗⑷~變換(FFT)使離散傅立葉變換的運算時間縮短了幾個數量級,在數字信號處理領域被廣泛應用。FFT已經成為現代信號處理的重要手段之一。 現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應用和發展,也使電子設計的規模和集成度不斷提高。同時基于FPGA實現FFT的設計方法和思想被提出。本次設計的目的是快速傅立葉變換(FFT)的FPGA實現。 此文在分析了快速傅立葉算法的基礎上,提出了一種頻率抽取基4 FFT的FPGA設計方案,針對現有FFT的FPGA實現過程中蝶形運算需要頻繁乘以多個旋轉因子提出了改進方法,減少了旋轉因子的乘法次數和存儲空間,加快了蝶形運算的速度,設計的地址映射方法,無需運算即可得到所需數據的存放地址,并結合采用乒乓結構和流水線方式,來提高快速傅立葉變換(FFT)FPGA實現的速度。描述了一片FPGA芯片內完成了整個FFT處理器的電路設計,經過模塊時序仿真和數據的驗證及測試,達到工作在50MHz時鐘頻率的設計要求。最后對后續設計做了描述,并對用FPGA實現FFT做了展望。
上傳時間: 2013-04-24
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軟件無線電(SDR,Software Defined Radio)由于具備傳統無線電技術無可比擬的優越性,已成為業界公認的現代無線電通信技術的發展方向。理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性,減少靈活性著的硬件電路,把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線,通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前,直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化,而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法,其主要思想是,數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘,再經插值或抽取濾波,其結果是,輸入信號頻譜搬移到所需頻帶,數據速率也相應改變,以供后續模塊做進一步處理。數字變頻器在發射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC,Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC,Digital Down Converter),它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規??删幊踢壿嬈骷膽脼楝F代通信系統的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC),然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的,因此,本文對數字上變頻器也作適當介紹。 第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念,介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數控振蕩器(NCO),介紹了兩種實現方法,即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹,給出了傳統算法和改進算法,并對基于傳統CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術,重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb, CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法,對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真,后者只進行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band,HB)濾波器,對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真,最后簡要介紹了FIR的多相結構。 第五章對數字下變頻器系統進行了噪聲綜合分析,給出了一個噪聲模型。 第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例,給出了測試結果,重點介紹了下變頻器的:FPGA實現,其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中,希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。
上傳時間: 2013-06-09
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本文將高效數字調制方式QAM和軟件無線電技術相結合,在大規??删幊踢壿嬈骷﨔PGA上對16QAM算法實現。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現實意義。 論文對16QAM軟件實現的基礎理論,帶通采樣理論、變速率數字信號處理相關抽取內插技術做了推導和分析;深入研究了軟件無線電核心技術數字下變頻原理和其實現結構;對CIC、半帶等高效數字濾波器原理結構和性能作了研究;16QAM調制和解調系統設計采用自項向下設計思想;采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環境下實現代碼輸入;對系統調試采用了算法仿真和在系統實測調試相結合方法。 論文首先對16QAM調制解調算法進行系統級仿真,并對實現的各模塊的可行性仿真驗證,在此基礎上,完成了調制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊;解調器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波,升余弦滾降濾波,以及16QAM解碼等模塊,實現了16QAM調制器;給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統在200KHz帶寬下實現了512Kbps的高速數據數率傳輸。論文還對增強型數字鎖相環EPLL的實現結構進行了研究和性能分析。
上傳時間: 2013-07-29
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隨著各種通信系統數量的日益增多,為了充分地利用有限的頻譜資源,高頻譜利用率的調制技術不斷被應用。偏移正交相移鍵控(OQPSK: Offset QuadraturePhase Shift Keying)是一種恒包絡調制技術,具有較高的頻譜利用率和功率利用率,廣泛應用于衛星通信系統和地面移動通信系統。因此,對于OQPSK全數字解調技術的研究具有一定的理論價值。 本文以軟件無線電和全數字解調的相關理論為指導,成功設計并實現了基于FPGA的OQPSK全數字解調。論文介紹了OQPSK全數字接收解調原理和基于軟件無線電設計思想的全數字接收機的基本結構,詳細闡述了當今OQPSK數字解調中載波頻率同步、載波相位同步、時鐘同步和數據幀同步的一些常用算法,并選擇了相應算法構建了三種系統級的實現方案。通過MATLAB對解調方案的仿真和性能分析,確定了FPGA中的系統實現方案。在此基礎上,本文采用VerilogHDL硬件描述語言在Altera公司的Quartus II開發平臺上設計了同步解調系統中的各個模塊,還對各模塊和整個系統在ModelSim中進行了時序仿真驗證,并對設計中出現的問題進行了修正。最后,經過FPGA調試工具嵌入式邏輯分析儀SignalTapⅡ的硬件實際測試,本文對系統方案進行了最終的改進與調整。 實際測試結果表明,本文的設計最終能夠達到了預期的指標和要求。本課題設計經過時序和資源優化后還可以向ASIC和系統級SOC轉化,以進一步縮小系統體積、降低成本和提高電路的可靠性,因此具有良好的實際應用價值。
上傳時間: 2013-07-14
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H.264視頻編解碼標準以其高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等優點在數字電視廣播、網絡視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應用。提高H.264幀內預測的速度,對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此,論文在總結國內外相關研究的基礎上,針對H.264幀內預測的軟件實現具有運算量大、實時性差等缺點,提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結構的幀內預測算法的硬件實現。 論文在詳細闡述H.264幀內預測編碼技術的基礎上,分析了17種預測模式算法,通過Matlab仿真建模,直觀地給出了預測模式的預測效果,并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預測模式對編碼性能的影響,以此為根據對幀內預測模式進行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內預測系統的設計方案,將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉換模塊轉換成YCbCr圖像,存入片外SDRAM中,控制模塊負責讀寫數掘送入幀內預測模塊進行處理。幀內預測模塊中,采用一種并行結構的可配置處理單元,即先求和再移位最后限幅的電路結構,來計算各預測模式下的預測值,極大地減小了預測電路的復雜度。針對預測模式選擇算法,論文采用多模式并行運算的方法,即多個結構相同的殘差計算模塊,同時計算各種預測模式對應的SATD值,充分發揮FPGA高速并行處理的能力。其中Hadamard變換使用行列分離的變換方法,采用蝶形快速變換、流水線設計提高硬件的工作效率。最后,論文設計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預測模式。 整個幀內預測系統被劃分成多個功能模塊,采用層次化、模塊化的設計思想,并采用流水線結構和乒乓操作來提高系統的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設計,由Modelsim仿真和集成開發環境ISE9.1綜合。仿真與綜合結果表明,系統時鐘頻率最高達到106.7MHz。該設計在完成功能的基礎上,能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統進行了有益的探索,具有一定的實用價值。
上傳時間: 2013-07-21
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在該環境下可以進行可編程邏輯器件的開發,編譯,仿真和下載。這是一款最近更新的破解軟件。
上傳時間: 2013-04-24
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