H.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標(biāo)準(zhǔn)，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 本文以實現(xiàn)D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標(biāo)，作者負責(zé)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設(shè)計與實現(xiàn)。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復(fù)雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統(tǒng)的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統(tǒng)架構(gòu)。DSP充當(dāng)核心處理器，而FPGA作為協(xié)處理器，針對編碼器中最復(fù)雜耗時的模塊一運動估計模塊，設(shè)計相應(yīng)的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預(yù)測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預(yù)測，可以改善運動補償精度，提高圖像質(zhì)量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復(fù)雜度，因此需要設(shè)計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設(shè)計與實現(xiàn)，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設(shè)計中，將多處理器技術(shù)和流水線技術(shù)相結(jié)合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結(jié)構(gòu)以提供高數(shù)據(jù)吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環(huán)境下建立測試平臺，完成了對整個設(shè)計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優(yōu)化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數(shù)據(jù)表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
標(biāo)簽： DSPFPGA H264 264 AVC
上傳時間： 2013-07-24
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糾錯碼技術(shù)是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯碼，在線性分組碼中，它具有最強的糾錯能力，既能糾正隨機錯誤，也能糾正突發(fā)錯誤，在深空通信、移動通信、磁盤陣列、光存儲及數(shù)字視頻廣播(DVB)等系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。 DVD是一種高容量的存儲媒質(zhì)。DVD技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，在數(shù)字技術(shù)中占有重要地位。DVD系統(tǒng)中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進行糾錯，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發(fā)階段具有安全、方便、可隨時修改設(shè)計等不可替代的優(yōu)點，在電子系統(tǒng)中采用FPGA可以極大的提升硬件系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，可靠性，同時提高硬件開發(fā)的速度和降低系統(tǒng)的成本。FPGA的固有優(yōu)點使其得到越來越廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)PGA設(shè)計技術(shù)也被越來越多的設(shè)計人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實現(xiàn)方案，詳細分析了譯碼器的ME算法和改進BM算法的實現(xiàn)，針對ME算法提出了一種流水線結(jié)構(gòu)的糾刪糾錯RS譯碼器實現(xiàn)方案，在譯碼器復(fù)雜度和延時上作了折衷，降低了譯碼器的復(fù)雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對編譯碼電路進行優(yōu)化。這些技術(shù)的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節(jié)省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設(shè)計并成功實現(xiàn)了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時間： 2013-07-20
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數(shù)字語音通信是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、普及面最廣的業(yè)務(wù)。語音信號壓縮編碼是數(shù)字語音信號處理的一個方面，它和通信領(lǐng)域聯(lián)系最為密切。在現(xiàn)有的語音編碼中，美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)混合激勵線性預(yù)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(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數(shù)字信號處理和通信領(lǐng)域具有著獨特的優(yōu)勢。現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA一般都內(nèi)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(xiàn)數(shù)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(gòu)成的DSP系統(tǒng)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(yù)測聲碼器的研究與設(shè)計。首先介紹了語音編碼研究的發(fā)展?fàn)顩r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(chǔ)上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現(xiàn)過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設(shè)計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設(shè)計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預(yù)測分析等關(guān)鍵模塊。 在Simulink環(huán)境下運用SignalCompiler對編解碼系統(tǒng)進行功能仿真，為了便于仿真，系統(tǒng)中沒有設(shè)計的模塊在Simulink中用數(shù)學(xué)模型代替，仿真結(jié)果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統(tǒng)編解碼后語音質(zhì)量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點，數(shù)字控制可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，同時大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動領(lǐng)域，DC/DC變換器由于其開關(guān)頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專用控制芯片實現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點，近年來在數(shù)字控制領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設(shè)計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關(guān)電源，提出并分析了混雜模型設(shè)計方案，然后進行了控制器設(shè)計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結(jié)果。論文還著重論述了開關(guān)電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補償器。文中重點研究了DPWM和數(shù)字補償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關(guān)系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設(shè)計了兩種數(shù)字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設(shè)計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現(xiàn)的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設(shè)計，采用32MHz的硬件晶振實現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開關(guān)頻率達到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實驗結(jié)果。
標(biāo)簽： FPGA DCDC 高頻 數(shù)字
上傳時間： 2013-07-23
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現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)是一種新型集成電路，可以將眾多的控制功能模塊集成為一體，具有集成度高、實用性強、高性價比、便于開發(fā)等優(yōu)點，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。單相全橋逆變器是逆變器的一種基本拓撲結(jié)構(gòu)，對它的研究可以為三相逆變器研究提供參考，因此對單相全橋逆變器的分析有著重要的意義。 本文研制了一種基于FPGA的SPWM數(shù)字控制器，并將其應(yīng)用于單相逆變器進行了試驗研究。主要研究內(nèi)容包括：SPWM數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設(shè)計以及逆變器硬件電路設(shè)計，并對試驗中發(fā)現(xiàn)的問題進行了深入分析，提出了相應(yīng)的解決方案和減小波形失真的措施。在硬件設(shè)計方面，首先對雙極性／單極性正弦脈寬調(diào)制技術(shù)進行分析，選用適合高頻設(shè)計的雙極性調(diào)制。其次，詳細分析死區(qū)效應(yīng)，采用通過判斷輸出電壓電流之間的相位角預(yù)測橋臂電流極性方向，超前補償波形失真的方案。最后，采用電壓反饋實時檢測技術(shù)，對PWM進行動態(tài)調(diào)整。在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方面，采用FPGA自上而下的設(shè)計方法，對其控制系統(tǒng)進行了功能劃分，完成了DDS標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、SPWM產(chǎn)生器以及加入死區(qū)補償?shù)腜WM發(fā)生器、電流極性判斷(零點判斷模塊和延時模塊)和反饋等模塊的設(shè)計。針對仿真和實驗中的毛刺現(xiàn)象，分析其產(chǎn)生機理，給出常用的解決措施，改進了系統(tǒng)性能。
上傳時間： 2013-07-06
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計技術(shù)，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計理論，在此基礎(chǔ)上詳細研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設(shè)計，詳細介紹了各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優(yōu)化和設(shè)計實現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現(xiàn)算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當(dāng)中并加以實現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和實現(xiàn)。本設(shè)計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-04-24
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制技術(shù)是一種恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信和移動通信領(lǐng)域。 論文以某型偵收設(shè)備中OQPSK解調(diào)器的全數(shù)字化為研究背景，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)器，其中調(diào)制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復(fù)、定時恢復(fù)等；完成了整個調(diào)制解調(diào)算法的MATLAB仿真。在此基礎(chǔ)上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發(fā)環(huán)境下設(shè)計并實現(xiàn)了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現(xiàn)。通過實際現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了對所偵收信號的正確解調(diào)。論文還實現(xiàn)了解調(diào)器的百兆以太網(wǎng)接口，使得系統(tǒng)可以方便地將解調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機進行后續(xù)處理。
標(biāo)簽： OQPSK FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-05-19
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現(xiàn)為目標(biāo)，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現(xiàn)進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結(jié)合CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，在實現(xiàn)編碼器時，針對標(biāo)準(zhǔn)中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應(yīng)解決方案；而在相應(yīng)的譯碼器設(shè)計中，采用了FPGA設(shè)計中“自上而下”的設(shè)計方法，權(quán)衡硬件實現(xiàn)復(fù)雜度與處理時延等因素，優(yōu)先考慮面積因素，提高元件的重復(fù)利用率和降低電路復(fù)雜度，來實現(xiàn)Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統(tǒng)分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現(xiàn)過程。 然后，基于Verilog HDL 設(shè)計出12位固點數(shù)據(jù)的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設(shè)計的相同指標(biāo)的浮點數(shù)據(jù)譯碼器進行性能比較，得到該設(shè)計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術(shù)，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術(shù)結(jié)合流水線電路設(shè)計，將改進后的譯碼器與先前設(shè)計的譯碼器分別在ISE開發(fā)環(huán)境中針對目標(biāo)器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術(shù)能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了一種采用單片F(xiàn)PGA 芯片進行出租車計費器的設(shè)計方法，主要闡述如何使用新興的EDA 器件取代傳統(tǒng)的電子設(shè)計方法，利用FPGA 的可編程性，簡潔而又多變的設(shè)計方法，縮短了研發(fā)周期，同時使出租車計費器體積更小功能更強大。本設(shè)計不僅實現(xiàn)了出租車計費器所需的一些基本功能，同時考慮到出租車行業(yè)的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到設(shè)計中。主要包括采用了FPGA 芯片，使用VHDL 語言進行編程，使其具有了更強的移植性，更加利于產(chǎn)品升級；利用LCD 液晶顯示取代了傳統(tǒng)的LED顯示，使其在顯示時更靈活多變，可以按需要改變顯示內(nèi)容而不拘泥于硬件； 靈活的計價標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定使得油價波動等成本因數(shù)和出租車價格聯(lián)動成為可能； 同時也增加了統(tǒng)計功能、密碼設(shè)定、超速警報、路橋費等新的功能使得本設(shè)計更加具有實用價值。
上傳時間： 2013-08-02
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光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發(fā)展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應(yīng)用。同時隨著光纖水聽器的不斷發(fā)展，對水聲信號的檢測技術(shù)以及數(shù)字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)光纖3×3耦合器解調(diào)算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調(diào)一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術(shù))技術(shù)和基于3×3光纖耦合器干涉的解調(diào)技術(shù)。PGC技術(shù)在解調(diào)過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調(diào)技術(shù)，文中對其解調(diào)原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結(jié)論部分提出了基于3×3耦合器解調(diào)的改良方案。 目前，光纖信號數(shù)字化解調(diào)的硬件實現(xiàn)采用DSP(Digital Signal Process，可編程數(shù)字信號處理器)信號處理機，與之相比，F(xiàn)PGA解調(diào)具有速度快、資源占用少、易于擴展等優(yōu)勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現(xiàn)方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現(xiàn)的算法所應(yīng)具備的特征；介紹了3×3耦合器解調(diào)算法中各個模塊的設(shè)計情況；分析了系統(tǒng)的工作情況，硬件的構(gòu)造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現(xiàn)3×3耦合器解調(diào)算法。
標(biāo)簽： 干涉型 光纖水聽器 信號解調(diào) 方法研究
上傳時間： 2013-07-03
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