隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-08-03
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本文首先在介紹多用戶檢測技術的原理以及系統模型的基礎上，對比分析了幾種多用戶檢測算法的性能，給出了算法選擇的依據。為了同時克服多址干擾和多徑干擾，給出了融合多用戶檢測與分集合并技術的接收機結構。 接著，針對WCDMA反向鏈路信道結構，介紹了擴頻使用的OVSF碼和擾碼，分析了擾碼的延時自相關特性和互相關特性，指出了存在多址干擾和多徑干擾的根源。在此基礎上，給出了解相關檢測器的數學公式推導和結構框圖，并仿真研究了用戶數、擴頻比、信道估計精度等參數對系統性能的影響。 常規的干擾抵消是基于chip級上的抵消，需要對用戶信號重構，因此具有較高的復雜度。在解相關檢測器的基礎上，衍生出符號級上的干擾抵消。通過仿真，給出了算法中涉及的干擾抑制控制權值、干擾抵消級數等參數的最佳取值，并進行了算法性能比較。仿真結果驗證了該算法的有效性。 最后，介紹了WCDMA系統移動臺解復用技術的硬件實現，在FPGA平臺上分別實現了與基站和安捷倫8960儀表的互聯互通。
上傳時間： 2013-07-29
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隨著電信數據傳輸對速率和帶寬的要求變得越來越迫切,原有建成的網絡是基于話音傳輸業務的網絡,已不能適應當前的需求.而建設新的寬帶網絡需要相當大的投資且建設工期長,無法滿足特定客戶對高速數據傳輸的近期需求.反向復用技術是把一個單一的高速數據流在發送端拆散并放在兩個或者多個低速數據鏈路上進行傳輸,在接收端再還原為高速數據流.該文提出一種基于FPGA的多路E1反向復用傳輸芯片的設計方案,使用四個E1構成高速數據的透明傳輸通道,支持E1線路間最大相對延遲64ms,通過鏈路容量調整機制,可以動態添加或刪除某條E1鏈路,實現靈活、高效的利用現有網絡實現視頻、數據等高速數據的傳輸,能夠節省帶寬資源,降低成本,滿足客戶的需求.系統分為發送和接收兩部分.發送電路實現四路E1的成幀操作,數據拆分采用線路循環與幀間插相結合的方法,A路插滿一幀(30時隙)后,轉入B路E1間插數據,依此類推,循環間插所有的數據.接收電路進行HDB3解碼,幀同步定位(子幀同步和復幀同步),線路延遲判斷,FIFO和SDRAM實現多路數據的對齊,最后按照約定的高速數據流的幀格式輸出數據.整個數字電路采用Verilog硬件描述語言設計,通過前仿真和后仿真的驗證.以30萬門的FPGA器件作為硬件實現,經過綜合和布線,特別是寫約束和增量布線手動調整電路的布局,降低關鍵路徑延時,最終滿足設計要求.
上傳時間： 2013-07-16
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傳統PLC使用時會出現一些問題，如程序死循環、程序跑飛、需要龐大的編譯系統作支持和不能實現精確位置控制等等；而發展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現場集成技術，用FPGA來實現PLC的功能，拋棄傳統PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創新概念，指出了其優越性能的結構基礎； 2.系統分析了用HardPLC實現控制系統時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統的控制實現，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統的PLC控制系統，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數據的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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擴展頻譜通信系統與常規的通信系統相比，具有很強的抗人為干擾、窄帶干擾、多徑干擾的能力?！ ”疚慕榻B了擴展頻譜通信的基本原理，對其數字實現方法進行了深入分析和研究。詳細闡述了擴頻理論基礎一香農定理；建立了擴頻通信系統的數學模型，并對其進行了分析；在對偽隨機序列研究的基礎上，提出了應用于本系統的m序列，并對其應用特性進行了研究；提出了中頻調制方案DQPSK，對其進行了分析；深入研究了接收的同步問題—捕獲和跟蹤，并且在對數字匹配濾波器原理及其實現方法進行深入研究的基礎上，提出基于數字匹配濾波器的捕獲和跟蹤方案；采用相關檢測的解擴原理，完成了擴頻數據的解擴?！?/p>
上傳時間： 2013-07-12
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優勢。在優化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-05-16
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AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標準，該標準的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全數據網絡的關鍵，要保證在公眾網上傳輸的信息不被竊取和偷聽，必須對數據進行加密。在不影響網絡性能的前提下，快速實現數據加密/解密，對于開發高性能的安全路由器、安全網關等對數據處理速度要求高的通信設備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術實現AESCBC的設計中，最快的加/解密速度達到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達到1.4Gbps。但根據國外測試結果表明，即使開發的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網絡處理器，軟件加密解決方案僅能達到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前幾種實現AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現AESCBC難點基礎上，設計出一種適應于報文加密解密的硬件快速實現AESCBC的方案，在設計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現了報文解密和子密鑰展開協調工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設計方案的基礎上，全面驗證了硬件實現AESCBC方案的正確性，全面分析了本設計加密解密的性能。并且針對設計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現VPN的初步方案。實現了單一模塊加密速度達到1.16Gbps，單一模塊解密速度達到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達到6.4Gbps。 論文最后給出了總結與展望。目前實現的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進一步的驗證。要用硬件實現整個IPSec，還要進一步開發基于FPGA的技術。總之，為了適應路由器發展的需求，還有很多技術需要研究。
上傳時間： 2013-05-29
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加密算法一直在信息安全領域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術的不斷進步,原有的數據加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經難以適應新的安全需要,其實現速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續滿足新的應用需求.在未來的20年內,高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環境的適應性強,性能穩定,密鑰建立時間優良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結構和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結構的實現原理,重點論述了基本體系結構、循環展開結構、內部流水線結構、外部流水線結構、混合流水線結構及資源共享結構等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎上,采用自頂向下設計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現進行了詳細論述.圈變換采用內部流水線結構,多個圈變換采用資源共享結構,密鑰調度與加密運算并行執行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應性.
上傳時間： 2013-06-20
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目前,以互聯網業務為代表的網絡應用,正快速地向包括數據、語音、圖像的綜合寬帶多媒體方向發展,構建寬帶化、大容量、全業務、智能化的現代通信網絡已成為大勢所趨.寬帶無線接入(BWA)憑借其組網快速靈活、運營維護方便及成本較低等競爭優勢,迅速成為市場熱點,各種微波、無線通信領域的先進手段和方法不斷引入,各種寬帶無線接入技術迅速涌現.由于BWA要用于非視距傳輸,所以必須考慮無線信道的多經效應.而OFDM技術憑借著魯棒的對抗頻率選擇性衰落能力和極高頻譜效率引起了學術界和工業界的高度重視.其基本思想是把調制在單載波上的高速串行數據流,分成多路低速的數據流,調制到多個正交載波上并行傳輸,這樣在傳輸時,雖然整個信道是頻率選擇性衰落,但是各個子信道卻是平坦衰落,有效對抗了多經效應,同時由于各個子載波是正交的,極大提高了頻譜效率.可以預料的是,隨著通信系統將向基于IPv6核心網的全IP包的傳輸方向發展,越來越多的通信系統將具有"突發模式"的特征.本文關注的正是突發OFDM系統接收機設計和實現.由于IEEE 802.11a無線局域網是OFDM技術第一次真正的應用于突發系統,實現了面向IP的無線寬帶傳輸,所以基于IEEE 802.11a的突發OFDM系統有著重要的借鑒和研究價值,本文也正是圍繞著這個中心而展開.本文的各章節安排如下:在第一章中主要介紹OFDM的技術原理和在寬帶無線接入中的應用,同時引出本文所關注的突發OFDM接收機設計.在第二章中先介紹了相干接收和信道估計的概念,重點分析了本文所采用的WLAN信道模型和信道估計算法,然后在得到同步誤差表達式的基礎上,先用星座圖直觀的表現OFDM系統中各種同步誤差的影響,再從信噪比損失的角度對符種同步誤差進行分析.第三章是本文的重點之一,在本章中對基于IEEE 802.11a的各種同步算法包括幀檢測和符號定時、載波同步和采樣時鐘同步進行仿真和比較,并針對適合FPGA實現的同步算法進行了重點的分析.第四章也是本文的重點之一,提出了整個OFDM系統平臺的硬件結構和基于IEEE 802.11a的接收機FPGA設計方案,然后從整體上介紹了接收機的實現結構,并給出了接收機各個模塊的具體設計,最后對整個系統調試過程和測試結果進行了分析.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的?；贔PGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-07-28
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