基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問(wèn)題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問(wèn)題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會(huì)引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個(gè)問(wèn)題。因此，利用FPGA開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場(chǎng)合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開(kāi)發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價(jià)比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過(guò)程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語(yǔ)言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對(duì)象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無(wú)超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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本文對(duì)嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布和改進(jìn)FPGA布局算法進(jìn)行了研究。文章在嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布研究中，引入了四種架構(gòu)，其布線通道寬度分布函數(shù)分別為均勻、脈沖、高斯和三角分布。通過(guò)修改VPR工具的源代碼，使平臺(tái)適用于具有嵌入硬核的FPGA架構(gòu)，利用MCNC基準(zhǔn)電路來(lái)測(cè)試這四種架構(gòu)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在以網(wǎng)線平均長(zhǎng)度作為指標(biāo)的測(cè)試中，通道寬度均勻分布的架構(gòu)具有更短的布線長(zhǎng)度、更優(yōu)的性能。
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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H.264/AVC是由國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)的視頻專家組和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的運(yùn)動(dòng)圖像專家組組成的聯(lián)合視頻小組制定的下一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)采用了一些先進(jìn)算法，因此具有優(yōu)異的壓縮性能和極好的網(wǎng)絡(luò)親和性，滿足低碼率情況下的高質(zhì)量視頻的傳輸。 H.264/AVC采用的先進(jìn)算法包括多模式幀間預(yù)測(cè)、1/4像素精度預(yù)測(cè)、整數(shù)變換量化、去方塊濾波和熵編碼。本論文著重對(duì)整數(shù)變換與量化、去方塊濾波做了研究。整數(shù)變換是一種只有加法和移位的運(yùn)算，量化可以通過(guò)查表和乘法操作就可以完成，避免了反變換的時(shí)候失配問(wèn)題，沒(méi)有精度損失；去方塊濾波是一種用來(lái)去除低碼率情況下的每個(gè)宏塊的塊效應(yīng)，提高了解碼圖像的外觀。 本文主要從算法研究和硬件實(shí)現(xiàn)兩方面著手，在算法研究方面設(shè)計(jì)了一個(gè)可視化測(cè)試軟件，在硬件實(shí)現(xiàn)方面主要對(duì)整數(shù)變換、量化和去方塊濾波做了研究和實(shí)現(xiàn)。視頻壓縮技術(shù)的關(guān)鍵在于視頻壓縮算法及其芯片的實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA可重復(fù)使用，設(shè)計(jì)修改靈活，片內(nèi)資源豐富，具備DSP模塊等優(yōu)勢(shì)。在本論文的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)部分模塊FPGA的硬件設(shè)計(jì)，用Verilog完成了關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)。首先簡(jiǎn)要介紹了視頻壓縮基本原理，常用視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)及其特性以及國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)，并對(duì)H.264標(biāo)準(zhǔn)基本檔次所涉及的核心技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，兩種分層結(jié)構(gòu)分別討論。其次在掌握了H.264.算法及編解碼流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺(tái)。然后詳細(xì)介紹了整數(shù)變換、量化、反變換和反量化核心模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并在Altera的軟件和開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；對(duì)去方塊濾波算法做了軟件研究測(cè)試，并給出了一種改進(jìn)的硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后，對(duì)全文工作進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)未來(lái)研究工作做了展望。我在課題中所做的主要工作有： 1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉H.264.標(biāo)準(zhǔn)及整數(shù)變換、量化和去方塊濾波等算法。 2.用VC++完成了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)。 3.用Verilog完成了整數(shù)變換量化、反變換反量化模塊FPGA設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。 4.去方塊濾波器的算法研究、仿真和硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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近年來(lái)，隨著多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子、計(jì)算機(jī)、通訊和娛樂(lè)之間的相互融合、滲透越來(lái)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(shí)現(xiàn)方案中，低速處理器與專用硬件結(jié)合的SOC設(shè)計(jì)方案結(jié)合了硬件實(shí)現(xiàn)方式和軟件實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)，具有成本低、升級(jí)容易、功能豐富等特點(diǎn)。IMDCT(反向改進(jìn)離散余弦變換)是編解碼算法中一個(gè)運(yùn)算量大調(diào)用頻率高的運(yùn)算步驟，因此適于硬件實(shí)現(xiàn)，以降低處理器的開(kāi)銷和功耗，來(lái)提高整個(gè)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(shí)現(xiàn)算法。在此基礎(chǔ)上選擇了適于硬件實(shí)現(xiàn)的遞歸循環(huán)實(shí)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(yùn)算速度。接著提出了模塊總體設(shè)計(jì)方案，結(jié)合算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并在EDA環(huán)境下具體實(shí)現(xiàn)，用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)、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(shí)快速地實(shí)現(xiàn)了IMDCT，經(jīng)驗(yàn)證功能正確。
上傳時(shí)間： 2013-05-31
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H.264作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，相比上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG2，在相同畫(huà)質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標(biāo)準(zhǔn)僅設(shè)定了碼流的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個(gè)檔次，每個(gè)檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計(jì)可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對(duì)H.264進(jìn)行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計(jì)了整個(gè)軟件編碼中計(jì)算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼的效率。在該算法下進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)時(shí)，為了得到一個(gè)宏塊的預(yù)測(cè)模式，需要進(jìn)行592次率失真代價(jià)計(jì)算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的計(jì)算復(fù)雜度，本文改進(jìn)了幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇算法。實(shí)踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計(jì)的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時(shí)間平均節(jié)約60﹪以上，對(duì)編碼的實(shí)時(shí)性有較大幫助。 為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼，考慮到FPGA的高效運(yùn)算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實(shí)現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并對(duì)影響編碼速度，且具有硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)越性的幾個(gè)重要部分進(jìn)行了算法研究和FPGA.實(shí)現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對(duì)這些模塊進(jìn)行了綜合和時(shí)序仿真，并將驗(yàn)證后通過(guò)的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進(jìn)行了在線測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)輸入的殘差數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮編碼的功能。 本文對(duì)H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇算法的改進(jìn)，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)軟件編碼的實(shí)時(shí)性有很大幫助。本文對(duì)在單片F(xiàn)PGA上實(shí)現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對(duì)H.264編碼器芯片的設(shè)計(jì)有著積極的借鑒性。
標(biāo)簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-06-13
上傳用戶：夜月十二橋
C語(yǔ)言編程算法經(jīng)典案例100個(gè)，可以拿來(lái)作為編程參考案例
上傳時(shí)間： 2013-05-30
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隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實(shí)時(shí)圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點(diǎn)。 本文以FPGA為平臺(tái)，使用VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了中值濾波、順序?yàn)V波、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、卷積運(yùn)算和高斯濾波等圖像處理算法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)改進(jìn)算法和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內(nèi)在的并行性，采用流水線結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設(shè)計(jì)中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節(jié)省了硬件資源，處理速度也很快。在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)算法的硬件實(shí)現(xiàn)中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應(yīng)了流水線設(shè)計(jì)的要求，提高了圖像處理速度。 整個(gè)設(shè)計(jì)及各個(gè)模塊都在Altera公司的開(kāi)發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進(jìn)行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結(jié)果表明，使用FPGA硬件處理圖像數(shù)據(jù)不僅能夠獲得很好的處理效果，達(dá)到較高的工作頻率，處理速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟件法處理圖像，可滿足實(shí)時(shí)圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設(shè)計(jì)做了有益的探索性嘗試，對(duì)今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著積極的意義。
上傳時(shí)間： 2013-06-08
上傳用戶：shuiyuehen1987
隨著數(shù)字視頻廣播的發(fā)展，觀眾將會(huì)面對(duì)越來(lái)越多綜合或?qū)ｉT頻道的選擇，欣賞到更高品質(zhì)，更多服務(wù)的節(jié)目。而廣播業(yè)者則要為這些節(jié)目的版權(quán)購(gòu)買，制作而承受更高的成本，單純的廣告收入已經(jīng)不夠。要求對(duì)用戶收取一定的收視費(fèi)用，而另一方面，調(diào)查也顯示用戶是愿意預(yù)付一定費(fèi)用以獲得更好服務(wù)的。條件接受系統(tǒng)(Conditional Access system)就是為了商業(yè)目的而對(duì)某些廣播服務(wù)實(shí)施接入控制，決定一個(gè)數(shù)字接受設(shè)備能否將特定的廣播節(jié)目展現(xiàn)給最終用戶的系統(tǒng)。CA技術(shù)要求既能使用戶自由選擇收看節(jié)目又能保護(hù)廣播業(yè)者的利益，確算只有已支付了或即將支付費(fèi)用的用戶才能收看到所選的電視節(jié)目。在數(shù)字電視領(lǐng)域中，CA系統(tǒng)無(wú)疑將成為發(fā)展新服務(wù)的必需條件。但是在不同的運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)使用不同的CA系統(tǒng)，在不同的CA系統(tǒng)之間進(jìn)行互操作所必需共同遵守的最基本條件是：通用的加擾算法。每個(gè)用戶接收設(shè)備中應(yīng)集成相應(yīng)的解擾模塊。在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)--數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)GY/Z 175-2001的附錄H中有詳細(xì)的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫(xiě)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。可以說(shuō)，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 首先本文簡(jiǎn)要介紹CA系統(tǒng)的目的和組成，F(xiàn)PGA的結(jié)構(gòu)和原理，優(yōu)勢(shì)。然后介紹了利用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)CA系統(tǒng)主要組成部分即加擾的原理和步驟，分析算法，劃分邏輯結(jié)構(gòu)，軟件仿真，劃分硬件模塊，硬件性能分析，驗(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建，硬件實(shí)現(xiàn)等。 然后對(duì)以上各個(gè)部分做詳細(xì)的闡述。同時(shí)為了指導(dǎo)FPGA設(shè)計(jì)，給出了FPGA的結(jié)構(gòu)和原理與FPGA設(shè)計(jì)的基本原則、設(shè)計(jì)的基本技巧、設(shè)計(jì)的基本流程； 最后給出了該加擾系統(tǒng)的測(cè)試與驗(yàn)證方法以及驗(yàn)證和測(cè)試結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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圖像縮放在圖像處理領(lǐng)域中，發(fā)揮著重要作用。圖像的分辨率調(diào)整和格式變換，都需要用到圖像縮放技術(shù)。隨著多媒體技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，利用硬件實(shí)現(xiàn)視頻圖像無(wú)級(jí)縮放已成為圖像處理研究的一個(gè)重要課題。 圖像縮放通常由插值算法實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的插值算法由于實(shí)現(xiàn)原理的局限性，在縮放時(shí)容易引起邊緣鋸齒或細(xì)節(jié)模糊現(xiàn)象。針對(duì)傳統(tǒng)插值算法的這個(gè)不足，出現(xiàn)了許多基于邊緣改進(jìn)的算法。但這些算法一般只能完成2k倍數(shù)插值，無(wú)法真正做到基于邊緣的無(wú)級(jí)縮放。 為了實(shí)現(xiàn)基于邊緣改進(jìn)的無(wú)級(jí)縮放，本文做了如下五個(gè)方面的研究工作： 1.系統(tǒng)回顧了圖像縮放技術(shù)，包括傳統(tǒng)圖像縮放技術(shù)和多邊緣檢測(cè)插值，分析了這些圖像縮放技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。 2.重點(diǎn)研究了新興的方向多項(xiàng)式插值算法，該算法能夠真正完成基于邊緣改進(jìn)的無(wú)級(jí)縮放。 3.提出改進(jìn)的方向多項(xiàng)式插值算法(IOPI算法)，該算法針對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)，做了兩個(gè)方面改進(jìn)：提出EDV算法，簡(jiǎn)化邊緣方向的確定；提出Cubic6逼近插值算法(A-Cubic6算法)，改善平坦區(qū)域縮放效果。其中的EDV算法通過(guò)加減、比較模塊，完成邊緣方向的確定。相比原算法中的乘除法、直方圖計(jì)算，大大簡(jiǎn)化了硬件實(shí)現(xiàn)，降低了硬件實(shí)現(xiàn)成本。A-Cubic6算法利用查找表簡(jiǎn)化了Cubic6點(diǎn)插值算法的實(shí)現(xiàn)，而且明顯改善了非邊緣區(qū)域的縮放效果。 4.研究縮放算法與圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法。比較、分析各算法的軟件仿真結(jié)果，得出結(jié)論：本文提出的IOPI算法在平坦區(qū)域和邊緣區(qū)域都具有比其它算法更突出的效果。 5.結(jié)合實(shí)時(shí)視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實(shí)現(xiàn)。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實(shí)現(xiàn)，可以在硬件平臺(tái)上穩(wěn)定工作。
上傳時(shí)間： 2013-06-05
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為了克服傳統(tǒng)的局部特征匹配算法對(duì)噪聲和圖像灰度非線性變換敏感的不足，提出了基于SIFT（Scale Invariant Feature Transform）描述算子的特征匹配算法。該算法首先
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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