人臉識別技術(shù)繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術(shù)之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟(jì)及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴(kuò)大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機(jī)交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進(jìn)留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計成為電子自動化設(shè)計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)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(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達(dá)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(zhǔn)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(jìn)一步的硬件設(shè)計。同時對檢測算法進(jìn)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(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴(kuò)展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進(jìn)行細(xì)致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進(jìn)行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進(jìn)檢測用的級聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進(jìn)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(dá)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。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-07-01
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H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應(yīng)可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應(yīng)算術(shù)編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標(biāo)準(zhǔn)不同，它所有的編碼都是基于上下文進(jìn)行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設(shè)計上的困難。 作者在全面學(xué)習(xí)H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎(chǔ)上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結(jié)構(gòu)框圖，并總結(jié)出了影響CAVLC編碼器實現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，這些優(yōu)化設(shè)計包括多參考塊的表格預(yù)測法、快速查找表法、算術(shù)消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設(shè)計的CAVLC編碼器進(jìn)行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進(jìn)行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結(jié)果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎(chǔ)。
上傳時間： 2013-06-22
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉(zhuǎn)換，對外圍芯片的驅(qū)動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護(hù)等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計方法，依據(jù)可配置端口電路能實現(xiàn)的功能和工作原理，運用Cadence的設(shè)計軟件，結(jié)合華潤上華0.5μm的工藝庫，設(shè)計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內(nèi)容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設(shè)計的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的控制，對16種狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換完成了行為級描述和實現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發(fā)器級聯(lián)的構(gòu)架這一特點，設(shè)計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時序的仿真。達(dá)到對芯片電路測試設(shè)計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時序的仿真。滿足設(shè)計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點電壓，將端口電路設(shè)計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達(dá)到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴(kuò)散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內(nèi)，具有三態(tài)控制和驅(qū)動大負(fù)載的功能。通過對管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動大小的仿真表明：在實現(xiàn)TTL高電平輸出時，最大的驅(qū)動電流達(dá)到170mA，而對應(yīng)的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動電流為140mA[8]；同樣，在實現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動電流達(dá)到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動電流達(dá)到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設(shè)計的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能，且驅(qū)動能力更加強(qiáng)大。
上傳時間： 2013-07-20
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數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號處理的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務(wù)越來越繁重，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設(shè)計靈活性、更強(qiáng)的適應(yīng)性及可重構(gòu)性，結(jié)合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設(shè)計高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關(guān)注。 本課題重點研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設(shè)計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構(gòu)造與工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案，并從總體設(shè)計構(gòu)想到各邏輯細(xì)節(jié)實現(xiàn)都進(jìn)行了詳細(xì)描述。根據(jù)DDR2-SDRAM的特點，選擇合適的內(nèi)存調(diào)度方案，采用Verilog HDL語言設(shè)計實現(xiàn)了該高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行驗證與分析，結(jié)果表明本設(shè)計完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
上傳時間： 2013-06-24
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現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好。作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)一直是人們研究的一個重要方向。用FPGA實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器具有體積小、功耗低、集成度高、可軟件升級、抗干擾能力強(qiáng)的特點，符合未來通信技術(shù)發(fā)展的方向。論文從以下幾個方面討論和實現(xiàn)了基于FPGA的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。 論文首先介紹了調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及FPGA的相關(guān)知識。然后介紹了幾種常見的相位調(diào)制解調(diào)方式，重點是QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的理論算法。 論文重點介紹了QDPSK解調(diào)調(diào)制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。首先，在在MATLAB環(huán)境下對系統(tǒng)里的每個子模塊完成了功能仿真，并取得滿意的仿真結(jié)果；其次，在QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)功能仿真正確的基礎(chǔ)上，對每個模塊的功能編寫C++算法，并且驗證了算法的正確性和可實現(xiàn)性；最后，在altera公司的FPGA開發(fā)平臺Quartus Ⅱ 6.0上，采用Verilog硬件描述語言對QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了時序仿真和綜合仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設(shè)計了能夠運行MCS-51系列單片機(jī)指令的MCU系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設(shè)計方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗證。論文深入地研究了微處理器的指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲器單元和邏輯運算單元的電路模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；研究了控制單元的實現(xiàn)方法和基于全局狀態(tài)機(jī)的設(shè)計理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關(guān)設(shè)計與實現(xiàn)。論文通過原理示意圖和示例代碼的演示，著重介紹了指令譯碼器的實現(xiàn)方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠?qū)崿F(xiàn)更為復(fù)雜的CISC指令。 本系統(tǒng)采用分模塊的設(shè)計方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個框圖里，使得系統(tǒng)的可移植性大大地提高。系統(tǒng)還采用層次框圖的設(shè)計方式，把明顯地具有主從關(guān)系的電路放在不同的層次里，這也使得系統(tǒng)模塊功能的可擴(kuò)展性大大地增強(qiáng)。內(nèi)部邏輯共分為數(shù)據(jù)存儲器模塊；程序存儲器模塊；時序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個部分，文中對各個模塊的設(shè)計作了詳細(xì)的介紹。本文在最后對已實現(xiàn)的部分典型指令進(jìn)行了邏輯仿真測試，測試結(jié)果表明，本文所設(shè)計的MCU系統(tǒng)能夠如預(yù)期地執(zhí)行相應(yīng)的指令。在指令執(zhí)行的過程中，相應(yīng)寄存器和總線上的值也均符合設(shè)計要求，實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。
上傳時間： 2013-05-20
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當(dāng)今電子系統(tǒng)的設(shè)計是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設(shè)計，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設(shè)計是以知識產(chǎn)權(quán)核(IPCore)為基礎(chǔ)，以硬件描述語言為主要設(shè)計手段，借助以計算機(jī)為平臺的EDA工具進(jìn)行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的方案。在分析設(shè)計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進(jìn)行SOPC(System On a Programmable Chip)設(shè)計流程后，依據(jù)調(diào)制解調(diào)算法提出了一種基于DSP Builder調(diào)制解調(diào)器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設(shè)計方法大大縮短了調(diào)制解調(diào)器的開發(fā)周期。 在SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調(diào)用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進(jìn)行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉(zhuǎn)化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，將精力集中于算法的優(yōu)化上。 基于DSP Builder的開發(fā)功能，調(diào)制解調(diào)器電路中的低通濾波器可直接調(diào)用FIRIP Core，進(jìn)一步提高了開發(fā)效率。 在進(jìn)行編譯、仿真調(diào)試成功后，經(jīng)過QuartusⅡ?qū)⒕幾g生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調(diào)制解調(diào)器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
標(biāo)簽： FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-06-24
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近年來，隨著多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子、計算機(jī)、通訊和娛樂之間的相互融合、滲透越來越多，而數(shù)字音頻技術(shù)則是應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)編解碼算法作為數(shù)字音頻的解決方案，在便攜式多媒體產(chǎn)品中得到了廣泛流行。 在已有的便攜式MP3系統(tǒng)實現(xiàn)方案中，低速處理器與專用硬件結(jié)合的SOC設(shè)計方案結(jié)合了硬件實現(xiàn)方式和軟件實現(xiàn)方式的優(yōu)點，具有成本低、升級容易、功能豐富等特點。IMDCT(反向改進(jìn)離散余弦變換)是編解碼算法中一個運算量大調(diào)用頻率高的運算步驟，因此適于硬件實現(xiàn)，以降低處理器的開銷和功耗，來提高整個系統(tǒng)的性能。 本文首先闡述了MP3音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)和流程，以及IMDCT常用的各種實現(xiàn)算法。在此基礎(chǔ)上選擇了適于硬件實現(xiàn)的遞歸循環(huán)實現(xiàn)方法，并在已有算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，減小了所需硬件資源需求并保持了運算速度。接著提出了模塊總體設(shè)計方案，結(jié)合算法進(jìn)行了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并在EDA環(huán)境下具體實現(xiàn)，用硬件描述語言設(shè)計、綜合、仿真，且下載到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在減小硬件資源的同時快速地實現(xiàn)了IMDCT，經(jīng)驗證功能正確。
上傳時間： 2013-05-31
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摘要：提出了一種用混合信號系統(tǒng)級單片機(jī)C8051F020控制GSM網(wǎng)絡(luò)引擎TC35i實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的方案。描述了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理、構(gòu)成和功能，對無線通訊模塊及硬件設(shè)計和軟件設(shè)計部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集；TC35i；C8051F020；GSM
上傳時間： 2013-08-03
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JPEG 2000是為適應(yīng)不斷發(fā)展的圖像壓縮應(yīng)用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達(dá)到時(空)域或頻率域局部化的時頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺機(jī)制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計算，使其在實時信號處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過提升的方法很容易構(gòu)造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設(shè)計。在當(dāng)今數(shù)字化和信息化時代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據(jù)JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設(shè)計圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構(gòu)造小波基的系統(tǒng)方法和計算離散小波的快速算法等。重點放在介紹正交小波和雙正交小波的構(gòu)造方法，并介紹了數(shù)字圖像在小波域的特點。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構(gòu)造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結(jié)構(gòu)及其設(shè)計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢及FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結(jié)構(gòu)特點，以及Xilinx的FPGA開發(fā)軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點。 最后一部分是本論文研究的主要內(nèi)容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設(shè)計和二維變換模塊設(shè)計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計-低速低功耗的串行流水線結(jié)構(gòu)和高速高功耗的并行陣列結(jié)構(gòu)。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計-低速低功耗的折疊結(jié)構(gòu)和高速高功耗的串行結(jié)構(gòu)。 文章對提升小波變換的FPGA實現(xiàn)中的大量細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了討論，給出了每種結(jié)構(gòu)提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進(jìn)行了仿真測試，仿真測試結(jié)果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應(yīng)領(lǐng)域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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