對弓網故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數據量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網絡傳輸等領域得到廣泛的應用。和相同圖像質量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 本文旨在研究并實現一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸的方法。通過采用可編程邏輯器件FPGA來實現整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統具有可定制、高速度等優點。 本文首先介紹了開發硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關知識及設計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；隨后介紹了JPEG標準，并根據故障檢測的特點，設計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數的差分脈沖編碼模塊、交流系數的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設計的JPEG編碼器進行壓縮，再設計一個僅包含發送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸到PC機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現了整個采集壓縮系統，同時也進一步驗證了本文設計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設計都有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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數字語音通信是當前信息產業中發展最快、普及面最廣的業務。語音信號壓縮編碼是數字語音信號處理的一個方面，它和通信領域聯系最為密切。在現有的語音編碼中，美國聯邦標準混合激勵線性預測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質量，具有廣闊的應用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數字信號處理和通信領域具有著獨特的優勢。現代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵線性預測聲碼器的研究與設計。首先介紹了語音編碼研究的發展狀況以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進行深入分析的基礎上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預測分析等關鍵模塊。 在Simulink環境下運用SignalCompiler對編解碼系統進行功能仿真，為了便于仿真，系統中沒有設計的模塊在Simulink中用數學模型代替，仿真結果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統編解碼后語音質量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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信號發生器是控制系統的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業自動化等領域的發展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現方案。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。論文介紹了FPGA技術的發展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成原理(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列，并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。經實驗室測試，設計的信號發生器滿足要求，且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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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： 2013-04-24
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隨著國民經濟的發展和社會的進步，人們越來越需要便捷的交通工具，從而促進了汽車工業的發展，同時汽車發動機檢測維修等相關行業也發展起來。在汽車發動機檢測維修中，發動機電腦(Electronic Control．Unit-ECU)檢測維修是其中最關鍵的部分。發動機電腦根據發動機的曲軸或凸輪軸傳感器信號控制發動機的噴油、點火和排氣。所以，維修發動機電腦時，必須對其施加正確的信號。目前，許多發動機的曲軸和凸輪軸傳感器信號已不再是正弦波和方波等傳統信號，而是多種復雜波形信號。為了能夠提供這種信號，本文研究并設計了一種能夠產生復雜波形的低成本任意波形發生器(Arbitrary Waveform Generator-AWG)。 本文提出的任意波形發生器依據直接數字頻率合成(Direct Digial FrequencySynthesis-DDFS)原理，采用自行設計現場可編程門陣列(FPGA)的方案實現頻率合成，擴展數據存儲器存儲波形的量化幅值(波形數據)，在微控制單元(MCU)的控制與協調下輸出頻率和相位均可調的信號。 任意波形發生器主要由用戶控制界面、DDFS模塊、放大及濾波、微控制器系統和電源模塊五部分組成。在設計中采用FPGA芯片EPF10K10QC208-4實現DDFS的硬件算法。波形調整及濾波由兩級放大電路來完成：第一級對D/A輸出信號進行調整；第二級完成信號濾波及信號幅值和偏移量的調節。電源模塊利用三端集成穩壓器進行電壓值變換，利用極性轉換芯片ICL7660實現正負極性轉換。 該任意波形發生器與通用模擬信號源相比具有：輸出頻率誤差小，分辨率高，可產生任意波形，成本低，體積小，使用方便，工作穩定等優點，十分適合汽車維修行業使用，具有較好的市場前景。
上傳時間： 2013-04-24
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8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應用的主流處理器，不同規模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產品。該處理器極具靈活性，可讓開發者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設接口，而且有標準版和經濟版等多種版本可供選擇，可讓設計人員各取所需，實現更高性價比的結構。如此多的優越性使得8051處理器牢固地占據著龐大的應用市場，因此研究和發展8051及與其兼容的接口具有極大的應用前景。在眾多8051的外設接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅動器等，越來越多地應用于計算機及自動控制系統中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內核上擴展I2C外設接口進行較深入的研究。 本課題項目采用可編程技術來開發805l核以及12C接口。由于8051內核指令集相容，我們能借助在現有架構方面的經驗，發揮現有的大量代碼和工具的優勢，較快地完成設計。在8051核模塊里，我們主要實現中央處理器、程序存儲器、數據存儲器、定時／計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等七大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標準8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現一位的收發、一個字節的收發、一個命令的收發，直至實現I2C的整個通信協議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現的8051核成功并高效地控制擴展的12C接口與從設備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發的12C接口，數據的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經測試其傳輸速率可達普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經在工作中投入使用，主要用于POS設備的用戶數據加密及對設備溫度的實時控制。雖然該設備尚未大批量投產，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協會認證。
上傳時間： 2013-06-18
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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發，首先分析了系統開發平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發展的歷程出發，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發生頻率進行優化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩定，圖像恢復后質量高等優點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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圖像處理技術是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一。目前，數字圖像處理技術被廣泛應用于航空航體、通信、醫學及工業生產領域中。圖像處理系統的硬件實現一般來講有三種方式：專用的圖像處理器件主要有專用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、數字信號處理器(Digital Signal Process)和現場可編程門陣列(FieldProgrammable GateArray)以及相關電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預處理的數據量很大，要求處理速度快，但運算結果相對比較簡單。相對于其他兩種系統，基于FPGA的圖像處理系統非常合適用于圖像的預處理。 本文設計了一種基于FPGA的圖像處理系統。它的主要功能有：對攝像頭送來的視頻數據進行采集，并把它數字化；實現中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像增強算法；將數字視頻信號轉換為模擬信號。 圖像處理系統由主處理器單元、圖像編碼單元和圖像解碼單元三部分組成。FPGA作為整個系統的核心器件，不僅要模擬出12C總線協議，完成視頻解碼芯片和編碼芯片的初始化；還要對視頻流同步信號提取，實現圖像采集控制，并將圖像信號存儲在SRAM中；圖像增強算法也是在FPGA中實現。采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7111A將模擬視頻轉化數字視頻；視頻編碼芯片SAA7121完成數字視頻到模擬視頻的轉化。
上傳時間： 2013-07-19
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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GPS(Global Positioning System)技術的不斷發展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節約成本，而且便于系統融合，是應用于GPS定位的系統中更有前景的方法。但由于在系統中實現定位濾波算法需要時間，傳統CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據“先時序后電路”的設計思想，由同步沒計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現系統的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統，為GPS定位數據的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統的開發奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數據的正確接收和顯示，以及經緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現串口數掘的接收和經緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數據格式由ASCⅡ碼轉變為十進制整數型，實現利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數值，并將該參數先轉為雙精度浮點小數，再進行坐標轉換。根據高斯轉化公式的規律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統狀態方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節省資源，實現數據卡爾曼濾波，達到提高數據精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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