快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)是數(shù)字信號處理中的核心技術(shù)，它已廣泛應用于數(shù)字信號處理的各個領(lǐng)域，長期以來一直是一個重要的研究課題。近年來，專用數(shù)字信號處理器以其優(yōu)化的硬件結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能價格比為FFT的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑，其中最具有代表性的是美國TI公司的TMS320系列DSP。 本文首先分析了常用FFT算法原理，并進行了算法的討論和比較，然后詳細論述了以浮點型DSP為核心的實現(xiàn)FFT算法的硬件平臺的設計。平臺的硬件電路主要包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)存儲部分和數(shù)據(jù)顯示部分。其中采集部分采用12位高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX197，數(shù)據(jù)處理部分采用32位浮點型DSP芯片-TMS320VC33，數(shù)據(jù)存儲部分采用了大容量的FLASH芯片——K9F2808UOA，數(shù)據(jù)顯示部分采用PHILIPS公司的高亮度、寬視角的TFT彩色液晶顯示屏。 為了擴展系統(tǒng)的通信能力，通信接口我們選擇CAN總線。軟件部分選用了頻率抽取基2FFT、分裂基FFT和實序列FFT算法，用C語言進行編程。最后部分是進行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，并在此基礎上進行了FFT算法實現(xiàn)。 論文結(jié)尾以實際的實驗曲線分析驗證了算法的正確性，同時針對實驗中產(chǎn)生的誤差找出了原因，并提出了解決的方法。實驗結(jié)果表明采用浮點DSP實現(xiàn)FFT算法方便且有較高的實時性，可以應用到電力系統(tǒng)諧波分析、振動測試及鐵路檢測等各個領(lǐng)域。
上傳時間： 2013-04-24
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近幾年來，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)引起了人們的廣泛注意，根據(jù)這項新技術(shù)，很多相關(guān)協(xié)議被提出來。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口滿足IEEE 802.16標準的寬帶無線通信系統(tǒng)，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式，調(diào)制方式采用OFDM技術(shù)，傳輸速率較高且實現(xiàn)方便、成本低廉，已經(jīng)成為首先推廣應用的商業(yè)化標準。 本文主要對IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現(xiàn)了基帶算法。 首先討論了OFDM基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現(xiàn)的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結(jié)合計算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統(tǒng)的結(jié)論。 其次，完成了基帶發(fā)射機和接收機的FPGA硬件電路實現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時鐘頻率更高，采用了流水線的結(jié)構(gòu)。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結(jié)合的辦法，實現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法，并且通過簡化結(jié)構(gòu)，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結(jié)果和MATLAB軟件計算結(jié)果相對比。結(jié)果表明，采用16位數(shù)據(jù)總線可達到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式對基帶系統(tǒng)進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實可行。 關(guān)鍵詞：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估計；基帶系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-31
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隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和社會需求的日益增長，對通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和容量的要求也越來越大。現(xiàn)代通信系統(tǒng)為了追求更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率，更趨向于采用非恒定包絡的調(diào)制方式，而非恒定包絡調(diào)制方式對功率放大器的非線性非常敏感，加上現(xiàn)代通信系統(tǒng)對功率放大器的效率提出了更高的要求，以及功率放大器本身有限的線性度，這就使功率放大器線性化技術(shù)成為無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文對功率放大器的線性化技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究。首先，介紹功率放大器的非線性特性、記憶效應產(chǎn)生原理和常見的各種線性化技術(shù)，重點研究了目前流行的自適應數(shù)字預失真技術(shù)原理。其次，介紹了功率放大器的無記憶模型和有記憶模型，以及兩種實用的預失真實現(xiàn)方法--查表法和多項式法，在此基礎上重點研究了基于QRD_RLS自適應算法的記憶多項式法預失真技術(shù)，對該算法進行了Matlab仿真分析，為后面的FPGA實現(xiàn)奠定基礎。最后，確定了數(shù)字預失真實現(xiàn)的架構(gòu)，介紹了與QRD_RLS算法實現(xiàn)相關(guān)的CORDIC技術(shù)、復數(shù)Givens旋轉(zhuǎn)及Systolic陣等原理，詳細闡述了基于CORDIC技術(shù)的復數(shù)QRD_RLS算法的Systolic實現(xiàn)，從而在FPGA上實現(xiàn)了數(shù)字預失真。 在軟件無線電思想的指導下，本文利用System Generator軟件完成了基于QRD_RLS算法的記憶多項式法的數(shù)字預失真的FPGA設計，并且在硬件平臺上檢驗了預失真效果。
標簽： FPGA 射頻功放 數(shù)字預失真
上傳時間： 2013-04-24
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電力電子裝置的控制技術(shù)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而愈來愈復雜。開關(guān)電源是現(xiàn)代電力電子設備中不可或缺的組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣以及體積的大小直接影響電子設備整體性能。高頻化、小型化、數(shù)字化是開關(guān)電源的發(fā)展方向。 在應用數(shù)字技術(shù)進行控制系統(tǒng)設計時，數(shù)字控制器的性能決定了控制系統(tǒng)的整體性能。數(shù)字化電力電子設備中的控制部分多以MCU/DSP為核心，以軟件實現(xiàn)離散域的運算及控制。在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器(高性能單片機或DSP)的速度往往不能完全滿足要求。FPGA具有設計靈活、集成度高、速度快、設計周期短等優(yōu)點，與單片機和DSP相比，F(xiàn)PGA具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數(shù)字化電力電子設備中，還可以大大簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并可實現(xiàn)多種高速算法，具有較高的性價比。 依據(jù)FPGA的這些突出優(yōu)點，本文將FPGA應用于直流開關(guān)電源控制器設計中，以實現(xiàn)開關(guān)電源數(shù)字化和高頻化的要求。主要研究工作如下： 介紹了基于FPGA的DC/DC數(shù)字控制器中A/D采樣控制、數(shù)字PI算法的實現(xiàn)；重點描述了采用混合PWM方法實現(xiàn)高分辨率、高精度數(shù)字PWM的設計方案，并對各模塊進行了仿真測試；用FPGA開發(fā)板進行了一部分系統(tǒng)的仿真和實際結(jié)果的檢測，驗證了文中的分析結(jié)論，證實了可編程邏輯器件在直流開關(guān)電源控制器設計中的應用優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字視頻信號的傳輸技術(shù)更是受到人們的關(guān)注。相比較其它類型的信息傳輸如文本和數(shù)據(jù)，視頻通信需要占用更多的帶寬資源，因此為了實現(xiàn)在帶寬受限的條件下的傳輸，視頻源必須經(jīng)過大量壓縮。盡管現(xiàn)在的網(wǎng)絡狀況不斷地改善，但相對與快速增長的視頻業(yè)務而言，網(wǎng)絡帶寬資源仍然是遠遠不夠的。2003年3月，新一代視頻壓縮標準H．264/AVC的推出，使視頻壓縮研究進入了一個新的層次。H．264標準中包含了很多先進的視頻壓縮編碼方法，與以前的視頻編碼標準相比具有明顯的進步。在相同視覺感知質(zhì)量的情況下，H．264的編碼效率比H．263提高了一倍左右，并且有更好的網(wǎng)絡友好性。然而，高編碼壓縮率是以很高的計算復雜度為代價的，H．264標準的計算復雜度約為H．263的3倍，所以在實際應用中必須對其算法進行優(yōu)化以減低其計算復雜度。 @@ 本文首先介紹了H．264標準的研究背景，分析了國內(nèi)外H．264硬件系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并介紹了本文的主要工作。 @@ 接著對H．264編碼標準的理論知識、關(guān)鍵技術(shù)分別進行了介紹。 @@ 對H．264塊匹配運動估計算法進行研究，對經(jīng)典的塊匹配運動估計算法通過對比分析，三步、二維等算法在搜索效率上優(yōu)于全搜索算法，而全搜索算法在數(shù)據(jù)流的規(guī)則性和均勻性有著自己的優(yōu)越性。 @@ 針對塊匹配運動估計全搜索算法的VLSI結(jié)構(gòu)的特點，提出改進的塊匹配運動估計全搜索算法。本文基于對數(shù)據(jù)流的分析，對硬件尋址進行了研究。通過一次完整的全搜索數(shù)據(jù)流分析，改進的塊匹配運動估計算法在時鐘周期、PE資源消耗方面得到優(yōu)化。 @@ 最后基于FPGA平臺對整像素運動估計模塊進行了研究。首先對運動估計模塊結(jié)構(gòu)進行了功能子模塊劃分；然后對每個子模塊進行設計和仿真和對整個運動估計模塊進行聯(lián)合仿真驗證。 @@關(guān)鍵詞：H．264；FPGA；QuartusⅡ；幀間預測；運動估計；塊匹配
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字圖像處理技術(shù)是信息科學中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學科之一。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)被廣泛應用于航空航天、通信、醫(yī)學及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中。數(shù)字圖像處理的特點是處理的數(shù)據(jù)量大，處理非常耗時，本文研究了在FPGA上用硬件描述語言實現(xiàn)圖像處理算法，通過功能模塊的硬件化，解決了視頻圖像處理的速度問題。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，F(xiàn)PGA為數(shù)字圖像信號處理在算法、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上帶來了新的方法和思路。 本文設計的基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)，是一個具有視頻圖像采集、圖像處理、圖像顯示功能的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司FPGA芯片作為中央處理器，由視頻解碼模塊、圖像處理模塊、視頻編碼模塊組成。模擬視頻信號由CCD傳感器送入，經(jīng)視頻解碼芯片SAA7113轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號后，圖像處理模塊完成中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像處理算法，視頻編碼芯片SAA7121將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號輸出。 整個設計及各個模塊都在Altera公司的開發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了仿真及邏輯綜合。仿真結(jié)果表明，使用FPGA硬件處理圖像數(shù)據(jù)不僅能夠獲得良好的處理效果，處理速度也遠遠高于軟件法處理的方法。
標簽： FPGA 數(shù)字圖像處理
上傳時間： 2013-04-24
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隨著航天技術(shù)的發(fā)展，載人飛船、空間站等復雜航天器對空-地或空-空之間數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。在此情況下，為了提高空間通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ＷC接收端分路系統(tǒng)能和發(fā)送端一致，必須要經(jīng)過幀同步。對衛(wèi)星基帶信號處理來說，幀同步是處理的第一步也是關(guān)鍵的一步。只有正確幀同步才能獲取正確的幀數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。因此，幀同步的效率，將直接影響到整個衛(wèi)星基帶信號處理的結(jié)果。 @@ 本設計在研究CCSDS標準及幀同步算法的基礎上，利用硬件描述語言及ISE9．2i開發(fā)平臺在基于FPGA的硬件平臺上設計并實現(xiàn)了單路數(shù)據(jù)輸入及兩路合路數(shù)據(jù)輸入的幀同步算法，并解決了其中可能存在的幀滑動及模糊度問題。在此基礎之上，針對兩路合路輸入時可能存在的兩路輸入不同步或幀滑動在兩路中分布不均勻問題，設計實現(xiàn)了兩路并行幀同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具對上述算法進行了前仿真和后仿真，仿真結(jié)果表明上述算法符合設計要求。 @@ 本論文首先介紹了課題研究的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，其次介紹了與本課題相關(guān)的基礎理論及系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)。然后對單路數(shù)據(jù)輸入幀同步、兩路數(shù)據(jù)合路輸入幀同步和兩路并行幀同步算法的具體設計及實現(xiàn)過程進行了詳細說明，并給出了后仿真結(jié)果及結(jié)果分析。最后，對論文工作進行了總結(jié)和展望，分析了其中存在的問題及需要改進的地方。 @@關(guān)鍵詞 FPGA；CCSDS；幀同步：模糊度；幀滑動
上傳時間： 2013-06-11
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調(diào)整視頻圖像的分辨率需要視頻縮放技術(shù)。如果圖像縮放技術(shù)的處理速度達到實時性要求就可以應用于視頻縮放。 傳統(tǒng)圖像縮放技術(shù)利用插值核函數(shù)對已有像素點進行插值重建還原圖像。本文介紹了圖像插值的理論基礎一采樣定理，并對理想重建函數(shù)Sinc函數(shù)進行了討論。本文介紹了常用的線性圖像插值技術(shù)及像素填充、自適應插值和小波域圖像縮放等技術(shù)。然后，本文討論了分級線性插值算法的思想，設計并實現(xiàn)了FPGA上的分級雙三次算法。最后本文對各種算法的縮放效果進行了分析和討論。 本文在分析現(xiàn)有視頻縮放算法基礎之上，提出了分級線性插值算法，并應用在簡化線性插值算法中。分級線性插值算法以犧牲一定的計算精度為代價，用查找表代替乘法計算，降低了算法復雜度。本文設計并實現(xiàn)了分級雙三次插值算法，詳細說明了板上系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)。最后本文將分級線性插值算法與原線性插值算法效果圖進行比較，比較結(jié)果顯示分級插值算法與原算法誤差較小，在放大比例較小時可以取代原算法。結(jié)果證明分級雙三次線性插值算法的FPGA實現(xiàn)能夠滿足額定幀頻，可以進行實時視頻縮放。
上傳時間： 2013-04-24
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3D加速引擎是3D圖形加速系統(tǒng)的重要組成部分，以往在軟件平臺上對3D引擎的研究，實現(xiàn)了復雜的渲染模型和渲染算法，但這些復雜算法與模型在FPGA上綜合實現(xiàn)具有一定難度，針對FPGA的3D加速引擎設計及其平臺實現(xiàn)需要進一步研究。 本文在研究3D加速引擎結(jié)構(gòu)的基礎上，實現(xiàn)了基于FPGA的圖像處理平臺，使用模塊化的思想，利用IP核技術(shù)分析設計實現(xiàn)了3D加速管道及其他模塊，并進行了仿真、驗證、實現(xiàn)。 圖像處理平臺選用Virtex-Ⅳ FPGA為核心器件，并搭載了Hynix HY5DU573222F-25、AT91FR40162S、XCF32P VO48及其他組件。 為滿足3D加速引擎的實現(xiàn)與驗證，設計搭建的圖像處理平臺還實現(xiàn)了DDR-SDRAM控制器模塊、VGA輸出模塊、總線控制器模塊、命令解釋模塊、指令寄存器模塊及控制寄存器模塊。 3D加速引擎設計包含3D加速渲染管道、視角變換管道、基元讀取、頂點FIFO、基元FIFO、寫內(nèi)存等模塊。針對FPGA的特性，簡化、設計、實現(xiàn)了光照管道、紋理管道、著色管道和Alpha融合管道。 最后使用Modelsim進行了仿真測試和圖像處理平臺上的驗證，其結(jié)果表明3D加速引擎設計的大部分功能得到實現(xiàn)，結(jié)果令人滿意。
上傳時間： 2013-07-30
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卷積碼是廣泛應用于衛(wèi)星通信、無線通信等多種通信系統(tǒng)的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法，該算法譯碼性能好、速度快，并且硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)比較簡單，是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術(shù)的不斷發(fā)展，使用FPGA實現(xiàn)Viterbi譯碼器的設計方法逐漸成為主流。不同通信系統(tǒng)所選用的卷積碼不同，因此設計可重配置的Viterbi譯碼器，使其能夠滿足多種通信系統(tǒng)的應用需求，具有很重要的現(xiàn)實意義。 本文設計了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對Viterbi譯碼算法深入研究的基礎上，重點研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實現(xiàn)算法。本設計中分支度量計算模塊采用只計算可能的分支度量值的方法，節(jié)省了資源；加比選模塊使用全并行結(jié)構(gòu)保證處理速度；幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結(jié)構(gòu)，大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環(huán)境下，用VHDL硬件描述語言編寫程序，實現(xiàn)(2，1，7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2，1，7)卷積碼譯碼器基礎上，擴展了Viterbi譯碼器的通用性，使其能夠?qū)Σ煌木矸e碼譯碼。譯碼器根據(jù)不同的工作模式，可以對(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四種廣泛運用的卷積碼譯碼，并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數(shù)。 本文用Simulink搭建編譯碼系統(tǒng)的通信鏈路，生成測試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對各種模式的譯碼器進行全面仿真驗證，Xilinx ISE8.2i時序分析報告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺上進一步測試譯碼器，譯碼器運行穩(wěn)定可靠。最后，使用Simulink產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對本文設計的Viterbi譯碼器的譯碼性能進行了分析，仿真結(jié)果表明，在同等條件下，本文設計的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當。
上傳時間： 2013-06-24
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