MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標準,基于MPEG-4的視頻處理系統有兩種體系結構:可編程結構和專用結構.可編程結構靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結構硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設計的芯片要實現Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規模FPGA的軟硬件相結的芯片設計方案,我們設計了基于FPGA的MPEG-4芯片設計開發平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統設計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內外實現MPEG-4視頻處理系統的主要方法和應用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設計的一般方法及其發展趨勢,詳細描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發系統的結構.第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統各個電路模塊的設計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I
上傳時間： 2013-06-15
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該文進行的設計作為數控系統大課題中的一個子課題,主要研究利用PCI總線來實現對外圍IO的操作,硬件上包括設計一塊PCI接口卡并測試通過,軟件上實現了PCI接口卡在Linux下的驅動和用軟PLC來實現對外圍IO的操作.該文在比較幾種微機總線的基礎上,為了實現數控系統高速、高精度、低功耗的要求,采用PCI總線進行設計.隨著可編程邏輯器件的發展,為在一片PLD芯片內實現復雜的邏輯控制提供了條件.該文在綜合比較開發PCI卡的幾種方法的基礎上,選擇了使用FPGA來實現PCI接口卡設計.用VHDL語言對FPGA編程,采用模塊化的設計方法進行設計,用狀態機來控制PCI邏輯的時序.設計首先在EDA軟件上仿真通過后,制作成PCI板卡并在現場調試通過.為方便所設計的PCI卡在數控系統及其它系統中應用,該文設計了PCI卡在Linux下的設備驅動程序,主要包括設備的注冊與注銷、與Linux內核的接口、相關的入口函數、驅動程序的編碼、編譯、加載與卸載等,并編寫了相應的測試代碼,在Linux環境下調試通過.為了解決數控系統中PLC的應用問題,該文還設計了PCI卡在軟PLC中的應用.采用的軟PLC軟件是Linux下的MatPLC軟件.在詳細討論MatPLC工作原理的基礎上,設計了一個輸入模塊、一個輸出模塊和一個MatPLC配置文件.輸入模塊通過驅動程序從PCI卡中讀取數據,傳送到MatPLC內核的全局變量中,輸出模塊從內核全局變量讀取數據并進行邏輯運算,再輸出到PCI卡.將他們編譯通過,并進行測試,最終實現軟PLC對外圍IO端口的讀寫.該論文受到廣東省科技攻關項目[2002A1040402]、廣東省科技攻關項目[2003C101002]、廣州市重大科技攻關計劃[2002Z1-D0051]的資助.
上傳時間： 2013-07-18
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隨著電信數據傳輸對速率和帶寬的要求變得越來越迫切,原有建成的網絡是基于話音傳輸業務的網絡,已不能適應當前的需求.而建設新的寬帶網絡需要相當大的投資且建設工期長,無法滿足特定客戶對高速數據傳輸的近期需求.反向復用技術是把一個單一的高速數據流在發送端拆散并放在兩個或者多個低速數據鏈路上進行傳輸,在接收端再還原為高速數據流.該文提出一種基于FPGA的多路E1反向復用傳輸芯片的設計方案,使用四個E1構成高速數據的透明傳輸通道,支持E1線路間最大相對延遲64ms,通過鏈路容量調整機制,可以動態添加或刪除某條E1鏈路,實現靈活、高效的利用現有網絡實現視頻、數據等高速數據的傳輸,能夠節省帶寬資源,降低成本,滿足客戶的需求.系統分為發送和接收兩部分.發送電路實現四路E1的成幀操作,數據拆分采用線路循環與幀間插相結合的方法,A路插滿一幀(30時隙)后,轉入B路E1間插數據,依此類推,循環間插所有的數據.接收電路進行HDB3解碼,幀同步定位(子幀同步和復幀同步),線路延遲判斷,FIFO和SDRAM實現多路數據的對齊,最后按照約定的高速數據流的幀格式輸出數據.整個數字電路采用Verilog硬件描述語言設計,通過前仿真和后仿真的驗證.以30萬門的FPGA器件作為硬件實現,經過綜合和布線,特別是寫約束和增量布線手動調整電路的布局,降低關鍵路徑延時,最終滿足設計要求.
上傳時間： 2013-07-16
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現代自動化生產技術迅猛發展,對保證其產品質量的檢測技術也提出了更高的要求,許多傳統的檢測手段已不能滿足現代化大生產的需求.而在計算機視覺理論基礎上發展起來的視覺檢測技術以其高精度、非接觸、自動化程度高等優點滿足了現代生產過程在線檢測的要求,逐漸由實驗室走向工業現場,得到了日益廣泛的應用.隨著現代生產節拍的不斷加快,以及檢測節點的增多,處理數據量的增大,對視覺檢測系統的測量速度提出了更高的要求,而在現有的檢測系統中,實現100％實時在線檢測的關鍵問題是提高視覺圖像的處理速度,從而提高整個視覺檢測系統的處理速度.因此該文提出基于FPGA的高速圖像處理系統的設計方案,得到了國家"十五"攻關項目"光學數碼柔性通用坐標測量機"的資助.該文針對以下三個方面進行研究并取得一定的成果:(一)高速圖像處理硬件解決方案的研究通過分析現有的幾種實現高速圖像處理的方法的優缺點,提出了基于現場可編程邏輯器件FPGA(Field Programmable Gate Array)技術的高速圖像處理系統的方案,并構建了其硬件平臺.(二)基于USB總線的通訊采用USB專用接口芯片,實現高速圖像處理系統與PC機的通訊驗證硬件設計的正確性.(三)基于FPGA的圖像處理的研究分析圖像處理的特點及其基本的方法,初步研究了基于FPGA的圖像低層次處理的硬件化方法的實現.
上傳時間： 2013-04-24
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傳統PLC使用時會出現一些問題，如程序死循環、程序跑飛、需要龐大的編譯系統作支持和不能實現精確位置控制等等；而發展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現場集成技術，用FPGA來實現PLC的功能，拋棄傳統PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創新概念，指出了其優越性能的結構基礎； 2.系統分析了用HardPLC實現控制系統時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統的控制實現，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統的PLC控制系統，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數據的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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ISO和ITU-T制定的一系列視頻編碼國際標準的推出，開創了視頻通信和存儲應用的新紀元。從H.261視頻編碼建議，到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一個共同的不斷追求的目標，即在盡可能低的碼率(或存儲容量)下獲得盡可能好的圖像質量。 本課題的研究建立在目前主流的壓縮算法的基礎上，綜合出各種標準中實現途徑的共性和優勢，將算法的主體移植于FPGA(FieldProgrammableGateArray)平臺上。憑借該種類嵌入式系統配置靈活、資源豐富的特點，建立一個可重構的內核處理模塊。進一步的完善算法(運算速度、精度)和外圍系統后，就可作為專用視頻壓縮編碼器進行門級電路設計的原型，構建一個片上可編程的獨立系統。 編碼器設計有良好的應用前景，通過使用離散余弦變換和熵編碼，對運動圖像從空間上進行壓縮編碼，使得編碼后的數據流適合于傳輸、通信、存儲和編輯等方面的要求。同時，系統的設計將解碼的工作量大幅度降低，功能模塊在作適當的改動后可為解碼器的參考設計使用。 研究所涉及的各功能模塊都進行了系統性的仿真和綜合，滿足工程樣機的前期研發需要。
上傳時間： 2013-04-24
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在信道編碼的發展進程中，編碼研究人員一直致力于追尋性能盡可能的接近Shannon極限，且譯碼復雜度較低的信道編碼方案。1993年Berrou等提出了Turbo碼，這種碼在接近香農極限的低信噪比下仍能夠獲得較低的誤碼率，它的出現在編碼界引起了廣泛的關注，并成為編碼研究領域最新的發展方向之一。但Turbo碼也有其缺點，由于交織器的存在，致使譯碼復雜度高，譯碼時延長且因為低碼重碼字，存在錯誤平臺現象。在Turbo碼的基礎上，1994年，Pyndiah等提出了Turbo乘積碼，Turbo乘積碼繼承了Turbo碼的優點，又因為Turbo乘積碼的構造采用了線性分組碼，所以譯碼方法比Turbo碼簡單。Turbo乘積碼近年來開始被廣泛到應用到各種通信場合，大有取代傳統的卷積碼之勢。 本文首先圍繞Turbo乘積碼的編譯碼原理，闡述了涉及到的基礎知識；又據Turbo乘積碼目前的應用狀況，回顧了Turbo碼的發展歷史；其次，根據Turbo乘積碼的構造原理，探討了構造的方法，交織類型，子碼的選擇及子碼的性能；再次，研究了Turbo乘積碼的概率譯碼，基于外信息的迭代算法，研究了Chase的譯碼算法；最后通過軟件仿真實現了該迭代譯碼算法，得到的結果達到了通信接收的要求。 本文還初步的闡述了Turbo乘積碼硬件實現系統的設計方案。據實際工作中碰到的非標準信號，給出了整體模塊設計圖，及相應模塊的功能和模塊問連接的各種參數。并實現了模態下的同步搜索和去除相位模糊功能。最后根據研究中碰到的各種問題，提出了下一步工作建議和研究方向。
上傳時間： 2013-07-02
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本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規模的可編程邏輯器件實現CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）數字圖像的實時采集及預處理。基于對實時圖像處理系統的研究與設計，本文主要研究工作及成果如下： 1.本論文詳細的介紹了圖像采集卡的結構和基本工作原理。同時，針對高分辨率的CCD攝像機，探討了有關點目標與CCD像元一一對應的圖像采集及其硬件和軟件設計方法。 2.本文分析了星圖中弱小目標、噪聲以及背景的特點，給出了點目標的場景圖像的數學模型及復雜背景下點目標檢測的預處理方法。針對星圖灰度分布的特點，采用高斯低通濾波算法和高通濾波算法對星圖進行預處理，同時還對圖像掃描聚類算法進行了研究與分析。 3.數字信號處理器常常因為在復雜性、運算速度等方面的限制，難以實時的實現復雜的檢測算法。本文采用FPGA技術，實現了復雜背景下弱點目標的預處理算法，解決了計算、數據緩沖和存儲操作協調一致的問題，同時采用并行高密度加法器和流水線的工作方式，使整個系統的數據交換和處理速度得以很大的提高，合理的解決了資源和速度之間的相互制約問題，并在實際中取得滿意的結果。
上傳時間： 2013-07-03
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該文利用FPGA技術,設計了全概率寬帶數字接收機的實驗平臺,并在其上提出了數字接收機實現的可行性方法,以及對這些方法的驗證.該文的主要貢獻和創新有以下幾個方面.提出了并行結構算法的工程實現,討論了解決前端采樣的高速數據流遠遠超過后端DSP處理能力問題的可行性方法.利用多相濾波下變頻的并行結構特點,使濾波器能夠以高效的形式實現,也使得后端的混頻能夠工作在一個較低的速率上.經過多相濾波下變頻處理后的數據,在速率和數量上都有大幅減少,達到了現有通用DSP器件的處理能力的要求.針對多相濾波下變頻與短數據快速測頻算法的特點,用FPGA搭建了其實驗模型,并利用微機EPP接口,對實驗目標板進行控制并與其進行數據交換.利用FPGA的在線編程特性,可以方便靈活對各種實現方法加以驗證、比較.同時也給調試帶來了方便,可以每個模塊單獨調試而不用改變硬件結構,使調試效率大大提高.該平臺也可用來對其他數字處理算法進行實現性分析與實驗.參考軟件無線電設計的概念和國內外相關文獻,提出了多項濾波下變頻結構的FPGA實現.傳統的DDC通過數字混頻、濾波、抽取實現數字下變頻,在高速A/D和電子偵察環境條件下商用DDC不能使用.該文采用濾波器多相分解方法,按數字混頻序列劃分調諧信道,使用先抽取,后低通濾波,再混頻的數字下變頻結構,高效實現了變載頻帶通信號數字下變頻.結合多相濾波下變頻結構、算法對測頻精度及速度的要求,提出了短數據快速測頻算法的具體實現,使用流水線的設計方法,提高了系統的數據吞吐率,在盡可能短的時間內提供多相濾波下變頻所需的載頻位置信息.以上兩部分的FPGA實現除了純粹的算法模塊外,還包括測試用的外圍模塊,以及運行于實驗平臺上的控制模塊、緩存、數據控制等.這些模塊也用FPGA來實現.
上傳時間： 2013-06-22
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機械手是自動裝配生產線上必不可少的設備，它可以模擬人手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡和要求，實現抓取、搬運和裝配等工作。在減輕人的勞動強度、提高裝配質量和提高裝配效率等方面，起到了積極的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系統，開展了機械手控制系統的研發工作，實現了機械手的自動控制。 嵌入式ARM處理器，具有運行速度快、功耗低、程序設計靈活、外圍硬件資源豐富等優點，但其普通輸入輸出口的高低電平變化周期最快只能到1微妙左右，不適合高速輸入輸出；FPGA芯片高速輸入輸出數據，時間可縮短至幾十納秒。通過ARM處理器和FPGA技術的有機結合，發揮各自的優勢，使系統具有程序設計靈活、以太網通信、大容量存儲、高速數據輸山、低成本等特點，滿足高速機械手自動控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系統，以及機械手控制系統的功能要求；設計硬件模塊、接口電路；闡述了系統軟件的設計過程，包括啟動代碼U—BOOT、操作系統μCLinux的移植；并介紹了如何利用便件描述語言VHDL來實現機械手邏輯控制。
上傳時間： 2013-04-24
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