近年來，隨著多媒體技術的迅猛發展，電子、計算機、通訊和娛樂之間的相互融合、滲透越來越多，而數字音頻技術則是應用最為廣泛的技術之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)編解碼算法作為數字音頻的解決方案，在便攜式多媒體產品中得到了廣泛流行。 在已有的便攜式MP3系統實現方案中，低速處理器與專用硬件結合的SOC設計方案結合了硬件實現方式和軟件實現方式的優點，具有成本低、升級容易、功能豐富等特點。IMDCT(反向改進離散余弦變換)是編解碼算法中一個運算量大調用頻率高的運算步驟，因此適于硬件實現，以降低處理器的開銷和功耗，來提高整個系統的性能。 本文首先闡述了MP3音頻編解碼標準和流程，以及IMDCT常用的各種實現算法。在此基礎上選擇了適于硬件實現的遞歸循環實現方法，并在已有算法的基礎上進行了改進，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計方案，結合算法進行了實現結構的優化，并在EDA環境下具體實現，用硬件描述語言設計、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了IMDCT，經驗證功能正確。
上傳時間： 2013-05-31
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H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質下，平均節約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構，實現靈活性極大，其規定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據需求的不同而不同。 H.264雖然具有優異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優化算法，提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內預測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內編碼時間平均節約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現實時編碼，考慮到FPGA的高效運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實現。首先研究了H.264編碼器硬件實現架構，并對影響編碼速度，且具有硬件實現優越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現。本文主要研究了H.264編碼器中整數DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統對輸入的殘差數據實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進，算法實現簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片FPGA上實現H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間： 2013-06-13
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隨著數字視頻廣播的發展，觀眾將會面對越來越多綜合或專門頻道的選擇，欣賞到更高品質，更多服務的節目。而廣播業者則要為這些節目的版權購買，制作而承受更高的成本，單純的廣告收入已經不夠。要求對用戶收取一定的收視費用，而另一方面，調查也顯示用戶是愿意預付一定費用以獲得更好服務的。條件接受系統(Conditional Access system)就是為了商業目的而對某些廣播服務實施接入控制，決定一個數字接受設備能否將特定的廣播節目展現給最終用戶的系統。CA技術要求既能使用戶自由選擇收看節目又能保護廣播業者的利益，確算只有已支付了或即將支付費用的用戶才能收看到所選的電視節目。在數字電視領域中，CA系統無疑將成為發展新服務的必需條件。但是在不同的運營商可能會使用不同的CA系統，在不同的CA系統之間進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。每個用戶接收設備中應集成相應的解擾模塊。在我國國家標準--數字電視條件接收系統GY/Z 175-2001的附錄H中有詳細的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，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有限的缺點。可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。 首先本文簡要介紹CA系統的目的和組成，FPGA的結構和原理，優勢。然后介紹了利用FPGA來實現CA系統主要組成部分即加擾的原理和步驟，分析算法，劃分邏輯結構，軟件仿真，劃分硬件模塊，硬件性能分析，驗證平臺構建，硬件實現等。 然后對以上各個部分做詳細的闡述。同時為了指導FPGA設計，給出了FPGA的結構和原理與FPGA設計的基本原則、設計的基本技巧、設計的基本流程； 最后給出了該加擾系統的測試與驗證方法以及驗證和測試結果。
上傳時間： 2013-06-22
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圖像縮放在圖像處理領域中，發揮著重要作用。圖像的分辨率調整和格式變換，都需要用到圖像縮放技術。隨著多媒體技術和大規模集成電路的發展，利用硬件實現視頻圖像無級縮放已成為圖像處理研究的一個重要課題。 圖像縮放通常由插值算法實現。傳統的插值算法由于實現原理的局限性，在縮放時容易引起邊緣鋸齒或細節模糊現象。針對傳統插值算法的這個不足，出現了許多基于邊緣改進的算法。但這些算法一般只能完成2k倍數插值，無法真正做到基于邊緣的無級縮放。 為了實現基于邊緣改進的無級縮放，本文做了如下五個方面的研究工作： 1.系統回顧了圖像縮放技術，包括傳統圖像縮放技術和多邊緣檢測插值，分析了這些圖像縮放技術的優缺點。 2.重點研究了新興的方向多項式插值算法，該算法能夠真正完成基于邊緣改進的無級縮放。 3.提出改進的方向多項式插值算法(IOPI算法)，該算法針對硬件實現，做了兩個方面改進：提出EDV算法，簡化邊緣方向的確定；提出Cubic6逼近插值算法(A-Cubic6算法)，改善平坦區域縮放效果。其中的EDV算法通過加減、比較模塊，完成邊緣方向的確定。相比原算法中的乘除法、直方圖計算，大大簡化了硬件實現，降低了硬件實現成本。A-Cubic6算法利用查找表簡化了Cubic6點插值算法的實現，而且明顯改善了非邊緣區域的縮放效果。 4.研究縮放算法與圖像質量的評價方法。比較、分析各算法的軟件仿真結果，得出結論：本文提出的IOPI算法在平坦區域和邊緣區域都具有比其它算法更突出的效果。 5.結合實時視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實現。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實現，可以在硬件平臺上穩定工作。
上傳時間： 2013-06-05
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數控系統在工礦領域已得到廣泛應用，計算機數控系統通過對數字化信息的處理和運算，并轉化成脈沖信號，實現對步進電機的控制，進而控制數控機床動作和零件加工。隨著嵌入式技術的發展，我們可以設計規模更小，成本更低，功能更特定的嵌入式系統來完成傳統計算機數控系統所完成的工作。 步進電機以其精度高、控制靈活、定位準確、起停迅速、工作可靠、能直接接受數字信號的特點，成為數控系統中的重要執行部件。然而根據步進電機的特性，必須要采取適當而有效的升降速控制策略，特別是在多電機連動的系統中，對多個電機連動的速度控制和脈沖分配也很值得研究。在本文中作者將介紹一種三軸連動的速度控制和脈沖分配的優化算法，以及其在基于FPGA和ARM配合的高速數控雕刻機控制系統中的實現。 在本文中還可以看見，為了減小本系統中主控MCU的壓力，作者還將利用FPGA來設計一個針對多電機連動的速度控制和脈沖分配優化算法的外圍定制控制器。 最終實驗結果表明，作者所提出的優化算法及其在本系統的實現方案，完全達到客戶所提出的高速數控雕刻機控制系統的各項設計性能指標。
上傳時間： 2013-07-02
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隨著ASIC設計規模的增長，功能驗證已成為整個開發周期的瓶頸。傳統的基于軟件模擬和硬件仿真的邏輯驗證方法已難以滿足應用的要求，基于FPGA組的原型驗證方法能有效縮短系統的開發周期，可提供更快更全面的驗證。由于FPGA芯片容量的增加跟不上ASIC設計規模的增長，單芯片已無法容納整個設計，所以常常需要對設計進行邏輯分割，將子邏輯塊映射到FPGA陣列中。 本文對邏輯驗證系統的可配置互連結構和ASIC邏輯分割算法進行了深入的研究，提出了FPGA陣列的非對稱可配置互連結構。與現有的對稱互連結構相比，該結構能提供更多的互連通道，可實現對I/O數量、電平類型和互連路徑的靈活配置。 本文對邏輯分割算法進行了較深入的研究。針對現有的兩類分割算法存在的不足，提出并實現了基于設計模塊的邏輯分割算法，該算法有三個重要特征：1)基于設計代碼；2)以模塊作為邏輯分割的最小單位；3)使用模塊資源信息指導邏輯分割過程，避免了設計分割過程的盲目性，簡化了邏輯分割過程。 本文還對并行邏輯分割方法進行了研究，提出了兩種基于不同任務分配策略的并行分割算法，并對其進行了模擬和性能分析；驗證了采用并行方案對ASIC邏輯進行分割和映射的可行性。 最后基于改進的芯片互連結構，使用原型系統驗證方法對某一大規模ASIC設計進行了邏輯分割和功能驗證。實驗結果表明，使用改進后的FPGA陣列互連結構可以更方便和快捷地實現ASIC設計的分割和驗證，不但能顯著提高芯片間互連路徑的利用率，而且能給邏輯分割乃至整個驗證過程提供更好的支持，滿足現在和將來大規模ASIC邏輯驗證的需求。
上傳時間： 2013-06-12
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可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)越來越多的應用于數字信號處理領域，與傳統的ASIC(專用集成電路)和DSP(數字信號處理器)相比，基于FPGA和CPLD實現的數字信號處理系統具有更高的實時性和可嵌入性，能夠方便地實現系統的集成與功能擴展。 FFT的硬件結構主要包括蝶形處理器、存儲單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內引入流水線結構，提高了FFT的運算速度。同時，流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項，這樣在設計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器，降低了硬件電路的復雜度。 為了進一步提高FFT的運算速度，本文在深入研究各種乘法器算法的基礎上，為蝶形處理器設計了一個并行乘法器。在實現該乘法器時，本文采用改進的布斯算法，用以減少部分積的個數。同時，使用華萊士樹結構和4-2壓縮器對部分積并行相加。 本文以32點復數FFT為例進行設計與邏輯綜合。通過設計相應的存儲單元，地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結果與軟件計算結果相符，證明了本文所提出的算法的正確性。 另外，本文還對設計結果提出了進一步的改進方案，在乘法器內加入一級流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當前速度的兩倍，這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。
上傳時間： 2013-07-18
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本文對G.729語音編碼算法的基本原理和實現系統開發方面進行了深入研究。針對G.729語音編碼算法在實際應用中存在的一些問題，在大量分析和實驗的基礎上，提出了新的改進算法。G.729語音編碼算法硬件實現方面，國內外現在主要以DSP為實現平臺，這是由于DSP以其卓越的運算能力為數字語音信號處理領域的研究及開發提供了有力的工具。但G.729語音編碼算法具有計算復雜和數據存儲量大的固有缺陷，隨著通信量的不斷增加和服務的擴展，對G.729語音編碼實時性的要求也越來越高。隨著微電子制造工藝的發展，越來越多的語音編碼平臺采用DSP與FPGA或MCU相互結合的系統，通過進行軟硬件協同設計提高編碼效率。
上傳時間： 2013-06-30
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本文結合中國科技大學大規模集成電路實驗室和中國科學院上海技術物理研究所合作的星載紅外相機項目，為了解決紅外相機上的不同波段的紅外探測元陣列存在的非均勻性問題，對紅外焦平面探測元陣列存在的非均勻性問題展開了深入的分析和研究。 主要研究和分析了兩類算法的基本原理，重點研究和實現了定標校正算法，通過對積分球定標數據進行深入的分析，將探測元分成線性探測元和非線性探測元，對線性探測元采用兩點校正法，對非線性探測元采用多點分段校正算法，在利用FPGA硬件實現非均勻校正時，分析設計了基于乘法運算和加法運算的FPGA實現，在基于乘加器運算的FPGA實現中。設計出了乘法和加法整體運算的乘加器，內部采用流水線wallace樹壓縮結構，大大加快乘法和加法的速度。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著微電子技術的發展，可編程邏輯器件取得了迅速的發展，其功能日益強大，FPGA內部可用邏輯資源飛速增長，近來推出的FPGA都針對數字信號處理的特點做了特定設計，集成了存儲器、鎖相環（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個公司提供的FPGA開發軟件使用硬件描述語言，可以實現特定的信號處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設計工程師提供了新的選擇。實時圖像處理系統采用FPGA+DSP的結構來完成整個復雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進行分類，FPGA和DSP份協作發揮各自的長處，對于算法實現簡單、運算量大、實時性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實現，DSP則用來處理經過預處理后的圖像數據，來運行算法結構復雜，乘加運算多的算法。整個系統主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及應用，完成了Stratix芯片的選型。設計了數字圖像處理板的電路原理圖和PCB設計圖。并對電路板進行調試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設計，并調試成功，應用到FPGA的調試下載配置中，取得了良好的實驗與經濟效果。（3）充分利用FPGA的設計開發軟件與工具，完成了中值濾波、形態學濾波和自適應閾值的FPGA實現，并給出了詳細的實現過程。將算法下載到FPGA芯片，經過試驗調試，達到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實現方式，選用PCI9054芯片實現通訊，完成PCI接口電路設計，經過調試，實現了中斷、DMA等方式，滿足了數據傳輸的要求。（5）學習了C6701DSP芯片的工作特性以及內部功能結構，完成了DSP外圍存儲器的擴展、時鐘信號發生以及電源模塊等外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-07-16
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