隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)在日常生活、工業(yè)、軍事和醫(yī)療方面等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本論文圍繞視頻圖像處理器的設(shè)計(jì)以及圖像增強(qiáng)算法的研究，開展了以下方面的研究： 1.對(duì)基于拉普拉斯算子的灰度圖像增強(qiáng)算法、基于飽和度分量反饋的自適應(yīng)亮度增強(qiáng)算法及其改進(jìn)算法進(jìn)行了仿真，并分別對(duì)增強(qiáng)前后的灰度圖像和彩色圖像進(jìn)行了比較。 2.提出了一個(gè)視頻圖像處理器的硬件實(shí)現(xiàn)方案。該方案以FPGA為核心，具有較強(qiáng)的圖像實(shí)時(shí)處理能力，具有1路視頻輸入端口和1路視頻輸出端口，以及PCI接口和2個(gè)UART串行接口。 3.完成了視頻圖像處理器的原理圖設(shè)計(jì)、印制板圖設(shè)計(jì)。在印制板圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)用信號(hào)完整新分析的理論，對(duì)高速電路的布局和布線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了硬件電路的性能。
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)是在指令格式、尋址方式、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等都相對(duì)固定的情況下進(jìn)行，學(xué)生主要進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，缺少自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新過程。 為改變這種狀況，須更新現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。采用FPGA芯片作為載體，使用EDA開發(fā)工具，用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)不同的硬件邏輯，再與硬件的輸入輸出接口線路相連，最終組成一臺(tái)可用于組成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這期間學(xué)生將掌握組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)部件的功能及其相互之間如何協(xié)作。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠讓學(xué)生完成有關(guān)計(jì)算機(jī)組成原理的部件實(shí)驗(yàn)和整機(jī)實(shí)驗(yàn)：部件實(shí)驗(yàn)包括加法器、乘法器、除法器、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、控制器、存儲(chǔ)器等；整機(jī)實(shí)驗(yàn)可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各部件的功能描述。該系統(tǒng)能夠幫助學(xué)生鞏固課堂知識(shí)并增強(qiáng)設(shè)計(jì)能力。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)EDA技術(shù)的開發(fā)流程和方法，建立了一個(gè)完整的體系，其中包括控制模塊、內(nèi)存模塊、運(yùn)算器模塊、通用寄存器組及其控制部件、程序計(jì)數(shù)器、地址寄存器、指令寄存器、時(shí)序部件、數(shù)據(jù)控制部件、狀態(tài)值控制部件，以及為幫學(xué)生調(diào)試而專門設(shè)計(jì)的輸出觀察部件。在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了上述模塊。經(jīng)過仿真測試，所實(shí)現(xiàn)的各功能模塊作為獨(dú)立部件時(shí)能完成各自功能：而將這些部件組合起來的整機(jī)系統(tǒng)，可以執(zhí)行程序段和進(jìn)行各種運(yùn)算處理，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 計(jì)算機(jī)組成原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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基于FPGA芯片的功能仿真平臺(tái)構(gòu)建及靜態(tài)時(shí)序分析
上傳時(shí)間： 2013-06-28
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隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻圖像處理技術(shù)近年來得到極大的重視和長足的發(fā)展，其應(yīng)用范圍主要包括數(shù)字廣播、消費(fèi)類電子、視頻監(jiān)控、醫(yī)學(xué)成像及文檔影像處理等領(lǐng)域。當(dāng)前視頻圖像處理主要問題是當(dāng)處理的數(shù)據(jù)量很大時(shí)，處理速度慢，執(zhí)行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗(yàn)證的靈活性低。 本論文首先根據(jù)視頻信號(hào)的處理過程和典型視頻圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)總體框圖；其次選擇視頻轉(zhuǎn)換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設(shè)計(jì)，主要分三步完成：1)配置視頻轉(zhuǎn)換芯片的工作模式，完成視頻轉(zhuǎn)化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數(shù)據(jù)流的格式標(biāo)準(zhǔn)，來識(shí)別奇偶場信號(hào)、場消隱信號(hào)和有效行數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束信號(hào)三種控制信號(hào)，并根據(jù)控制信號(hào)，用Verilog硬件描述語言編程實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時(shí)序，采用兩塊SRAM完成圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環(huán)境進(jìn)行程序測試與運(yùn)行，并分析仿真結(jié)果，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的正確性；最后，對(duì)常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當(dāng)?shù)乃阕樱捎霉ぞ進(jìn)ATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構(gòu)建方式，搭建視頻算法平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動(dòng)生成硬件描述語言和網(wǎng)表，對(duì)資源的消耗做簡要分析。 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)是采用新的開發(fā)環(huán)境System Generator for DSP實(shí)現(xiàn)視頻圖像算法。這種開發(fā)視頻圖像算法的方式靈活性強(qiáng)、設(shè)計(jì)周期短、驗(yàn)證方便、是視頻圖像處理發(fā)展的必然趨勢。
標(biāo)簽： FPGA 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性，很容易實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有和未來多種電臺(tái)的兼容，能最大限度的滿足了互聯(lián)互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術(shù)以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運(yùn)算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發(fā)展?fàn)顩r，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設(shè)計(jì)中所用到的帶通采樣技術(shù)、信號(hào)的抽取技術(shù)與多相濾波技術(shù)。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機(jī)的射頻(Radio Frequency，RF)前端接收技術(shù)，設(shè)置寬中頻超外差接收機(jī)射頻前端的設(shè)計(jì)指標(biāo)，給出了改進(jìn)的實(shí)信號(hào)濾波器組低通型實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并依此推導(dǎo)和建立了實(shí)信號(hào)多相濾波器組信道化中頻接收機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 最后基于EP1S80開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了實(shí)信號(hào)多相濾波器組信道化的中頻接收機(jī)。給出了多相濾波器、抽取運(yùn)算、FFT運(yùn)算、信道劃分以及復(fù)乘運(yùn)算的設(shè)計(jì)方案。仿真結(jié)果表明，該接收機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中頻信號(hào)的正確接收，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實(shí)現(xiàn)的圖像處理無法滿足實(shí)時(shí)性的需求；同時(shí)FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實(shí)現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個(gè)熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺(tái)上，用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計(jì)算單元，存儲(chǔ)器模塊和通信適配模塊五個(gè)部分。其中的計(jì)算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)為計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計(jì)只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實(shí)現(xiàn)了排序?yàn)V波，中值濾波，卷積運(yùn)算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運(yùn)算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像處理在時(shí)間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實(shí)現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn)，提高了算法的可用性，同時(shí)為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺(tái)。 整個(gè)設(shè)計(jì)都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實(shí)現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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目前，數(shù)字信號(hào)處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號(hào)處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實(shí)現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應(yīng)用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點(diǎn)，大大推動(dòng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片化、自動(dòng)化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期、提高了設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性，在超高速信號(hào)處理和實(shí)時(shí)測控方面有非常廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進(jìn)行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號(hào)處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點(diǎn)，把FPGA作為整個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理，對(duì)FPGA進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個(gè)控制系統(tǒng)分為三個(gè)部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲(chǔ)控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設(shè)計(jì)。利用4片AD7506和一片AD7862對(duì)64路模擬量進(jìn)行周期采樣，分別設(shè)計(jì)了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進(jìn)行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)。FFT算法在數(shù)字信號(hào)處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT的一種設(shè)計(jì)思想，給出了總體實(shí)現(xiàn)框圖。分別設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器，碟形運(yùn)算單元，存儲(chǔ)器，控制器，并分別進(jìn)行了仿真。重點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運(yùn)算速度，降低了運(yùn)算復(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機(jī)控制器成功地對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲(chǔ)控制模塊的設(shè)計(jì)。利用閃存芯片K9K1G08UOA對(duì)采集處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)控制模塊。 本文對(duì)FFT算法的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點(diǎn)，把整個(gè)系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲(chǔ)控制模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。設(shè)計(jì)采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)的高速采集與處理。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯(lián)合組成的JVT共同制定的一項(xiàng)新的視頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264/AVC的應(yīng)用亮點(diǎn)。在同樣的視覺質(zhì)量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率。但H.264獲得優(yōu)越性能的代價(jià)是計(jì)算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計(jì)其編碼的計(jì)算復(fù)雜度大約為H.263的3倍，因此很難應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻處理領(lǐng)域。針對(duì)這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)做了大量的研究工作，力圖降低其計(jì)算復(fù)雜度和提高運(yùn)行效率。比如在運(yùn)動(dòng)估計(jì)方面，國內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)很成熟。而針對(duì)幀內(nèi)/幀間預(yù)測編碼的研究卻較少。因此研究預(yù)測模式的快速算法具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文在詳細(xì)研究H.264標(biāo)準(zhǔn)視頻壓縮編碼特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析了H.264幀內(nèi)編碼, 幀間編碼及變換，量化技術(shù)的原理及特點(diǎn)，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內(nèi)模式判決算法，通過結(jié)合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數(shù)目。它采用了Sobel梯度算子計(jì)算當(dāng)前塊的邊緣信息，累加當(dāng)前塊中屬于同一方向像素點(diǎn)的邊緣矢量構(gòu)造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預(yù)測模式。該算法有效降低了編碼器的運(yùn)算復(fù)雜度，在并未顯著降低編碼性能的情況下提升了編碼器效率。仿真表明：Foreman 圖像序列編碼性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，這大大提高了視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。 另外在幀間預(yù)測模式選擇算法方面進(jìn)行了改進(jìn)研究：按順序?qū)Σ煌愋瓦M(jìn)行判決，有選擇地去比較可能模式，使得在有效減少需判決的模式數(shù)量的同時(shí)，結(jié)合小塊模式搜索中途停止準(zhǔn)則來確定最優(yōu)模式。仿真表明：改進(jìn)算法相對(duì)與原來算法能夠節(jié)省很多的編碼時(shí)間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質(zhì)星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。 同時(shí)在整數(shù)DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對(duì)4×4點(diǎn)數(shù)據(jù)做一次變換，只需通過8×8次加法和2×8次移位運(yùn)算便可完成，與原來12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度。 最后介紹FPGA的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)流程，并實(shí)現(xiàn)了H.264編解碼器中變換編碼及量化和熵解碼模塊的硬件。這種基于FPGA所實(shí)現(xiàn)的H.264編碼視頻處理模塊設(shè)計(jì)具備了成本低，周期短，設(shè)計(jì)方法靈活等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。 仿真表明，通過使用本文提出的幀內(nèi)/幀間速算法方法可使得H.264編碼速度獲得顯著的提高，使H.264 Baseline編碼器能在PC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼。
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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在現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)中，矢量控制原理以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)使得交流電機(jī)能夠獲得和直流電機(jī)相媲美的性能。永磁同步電機(jī)（PMSM）是一個(gè)復(fù)雜耦合的非線性系統(tǒng)。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下，通過對(duì)PMSM本體、d/q坐標(biāo)系向a/b/c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等模塊的建立與組合，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果證明了該系統(tǒng)模型的有效性。
標(biāo)簽： MatlabSimulink PMSM 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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