JPEG 2000是為適應不斷發(fā)展的圖像壓縮應用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標準，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達到時(空)域或頻率域局部化的時頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺機制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計算，使其在實時信號處理領(lǐng)域得到廣泛的應用。通過提升的方法很容易構(gòu)造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設計。在當今數(shù)字化和信息化時代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領(lǐng)域的應用已經(jīng)成為當今研究的熱點。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據(jù)JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設計圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構(gòu)造小波基的系統(tǒng)方法和計算離散小波的快速算法等。重點放在介紹正交小波和雙正交小波的構(gòu)造方法，并介紹了數(shù)字圖像在小波域的特點。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構(gòu)造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結(jié)構(gòu)及其設計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢及FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結(jié)構(gòu)特點，以及Xilinx的FPGA開發(fā)軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點。 最后一部分是本論文研究的主要內(nèi)容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設計和二維變換模塊設計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進行設計-低速低功耗的串行流水線結(jié)構(gòu)和高速高功耗的并行陣列結(jié)構(gòu)。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進行設計-低速低功耗的折疊結(jié)構(gòu)和高速高功耗的串行結(jié)構(gòu)。 文章對提升小波變換的FPGA實現(xiàn)中的大量細節(jié)問題進行了討論，給出了每種結(jié)構(gòu)提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進行了仿真測試，仿真測試結(jié)果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應領(lǐng)域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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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，利用硬件實現(xiàn)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(xiàn)。傳統(tǒng)的插值算法由于實現(xiàn)原理的局限性，在縮放時容易引起邊緣鋸齒或細節(jié)模糊現(xiàn)象。針對傳統(tǒng)插值算法的這個不足，出現(xiàn)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(shù)插值，無法真正做到基于邊緣的無級縮放。 為了實現(xiàn)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(tǒng)回顧了圖像縮放技術(shù)，包括傳統(tǒng)圖像縮放技術(shù)和多邊緣檢測插值，分析了這些圖像縮放技術(shù)的優(yōu)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(xiàn)，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(qū)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(xiàn)，降低了硬件實現(xiàn)成本。A-Cubic6算法利用查找表簡化了Cubic6點插值算法的實現(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)量的評價方法。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)合實時視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實現(xiàn)。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實現(xiàn)，可以在硬件平臺上穩(wěn)定工作。
上傳時間： 2013-06-05
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信息技術(shù)在建筑行業(yè)的高速發(fā)展使得智能住宅和智能小區(qū)迅速崛起并成長為巨大的新興產(chǎn)業(yè)。文章提出了一個基于$3C2410的高性能、低價格的WLAN智能住宅控制終端的設計方案。該方案依托成熟的無線局域
上傳時間： 2013-05-26
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針對目前光照補償后人臉圖像的識別率仍不夠理想這一問題，提出了一種基于模糊增強和小波包變換相結(jié)合的非均勻光照下人臉識別方法。將人臉圖像在對數(shù)域中計算二維小波包變換，通過舍棄部分子帶圖像中的系數(shù)來實現(xiàn)人臉
上傳時間： 2013-04-24
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本文以數(shù)字信號處理系統(tǒng)為應用背景，圍繞基于FPGA的ⅡR數(shù)字濾波器的實現(xiàn)技術(shù)展開了研究。 首先以ⅡR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設計基本理論為依據(jù)，研究了在頻域上的最小均方誤差設計法和在時域上的最小平方誤差設計法。以四階和六階兩個ⅡR低通數(shù)字濾波器設計為例，利用Matlab軟件進行輔助設計，探討了濾波器的設計過程。 然后著重研究了FPGA的設計方法和設計流程，在設計中采用了層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個功能模塊，利用VHDL語言編程和原理圖兩種設計技術(shù)進行了ⅡR濾波器的各個功能模塊的設計，采用EPlCl2Q240器件實現(xiàn)了基于FPGA的二個二階節(jié)級聯(lián)型結(jié)構(gòu)的四階ⅡR低通數(shù)字濾波器，并類推了設計六階ⅡR低通數(shù)字濾波器。最后用QuartusⅡ4.0軟件進行了綜合與仿真，用MATLAB7.0軟件對仿真結(jié)果進行了分析，最終在GW48-PK2開發(fā)系統(tǒng)中進行了硬件電路驗證，得出了實際濾波效果測試波形，驗證了所設計濾波器的正確性。 本設計對于用二階節(jié)級聯(lián)型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的ⅡR數(shù)字濾波器硬件電路具有通用性，通過改變二階節(jié)級聯(lián)型結(jié)構(gòu)的數(shù)量，可以構(gòu)成任意偶數(shù)階的濾波器；同時，通過上模型中系數(shù)的變換，也可以構(gòu)成相應階數(shù)的高通、帶通、帶阻等濾波器。
標簽： FPGA 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-06-20
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現(xiàn)代雷達系統(tǒng)廣泛采用脈沖壓縮技術(shù)，用以解決作用距離與分辨能力之間的矛盾。脈沖壓縮是指雷達通過發(fā)射寬脈沖，保證足夠的最大作用距離，而接收時，采用相應的脈沖壓縮法獲得窄脈沖以提高距離分辨率的過程。同時，數(shù)字信號處理技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應用，為雷達脈沖壓縮處理的數(shù)字化實現(xiàn)提供了可能。 本文主要研究雷達多波形頻域數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)。在匹配濾波理論的指導下，成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形頻域數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)可處理時寬在42μs以內(nèi)、帶寬在5MHz以下的線性調(diào)頻信號(LFM)，非線性調(diào)頻信號(NLFM)和Taylor四相碼信號，且技術(shù)指標完全滿足實用系統(tǒng)的設計要求。 本文完成的主要工作和創(chuàng)新之處有：(1)基于雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD10242設計高精度數(shù)據(jù)采集電路，為整個脈壓系統(tǒng)的工作提供必要的條件。完成了前端模擬信號輸入電路的優(yōu)化和差分輸入時鐘的產(chǎn)生，以實現(xiàn)高精度采樣。 (2)根據(jù)協(xié)議和脈壓系統(tǒng)的工作要求，以基于FPGAEP1K100QC208完成系統(tǒng)控制，使整個脈壓系統(tǒng)正確穩(wěn)定地工作。同時以該FPGA生成雙口RAM，實現(xiàn)數(shù)據(jù)暫存，以匹配采樣速率和脈壓系統(tǒng)頻率。 (3)設計基于4片高性能ADSP21160M的緊耦合并行處理系統(tǒng)，以完成多波形頻域數(shù)字脈沖壓縮的全部運算工作。4片DSP共享外部總線，且各DSP以鏈路口互連，進行數(shù)據(jù)通信。各DSP還使用一個鏈路口連接到接口板DSP，將脈壓結(jié)果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208為核心，設計輸出板電路，完成數(shù)據(jù)對齊、求模和數(shù)據(jù)向下一級的輸出，并產(chǎn)生模擬輸出。 (5)調(diào)試并改進處理板和輸出板。
標簽： FPGA DSP 多波形 壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-11
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Reed-Solomon碼(簡稱RS碼)是一種具有很強糾正突發(fā)和隨機錯誤能力的信道編碼方式，在深空通信、移動通信、磁盤陣列以及數(shù)字視頻廣播(DVB)等系統(tǒng)中具有廣泛的應用。 本文簡要介紹了有限域基本運算的算法和常用的RS編碼算法，分析了改進后的Euclid算法和改進后的BM算法，針對改進后的BM算法提出了一種流水線結(jié)構(gòu)的譯碼器實現(xiàn)方案并改進了該算法的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，在譯碼器復雜度和譯碼延時上作了折衷，降低了譯碼器的復雜度并提高了譯碼器的最高工作頻率。在Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA上設計實現(xiàn)了RS(255,239)編譯碼器，證明了該方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-11
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甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈧鬏敿夹g(shù).它主要應用于網(wǎng)絡中的交換機、核心路由器(CR)、光交叉連接設備(OXC)、分插復用器(ADM)和波分復用(WDM)終端等不同層次設備之間的互連,具有構(gòu)建方便、性能穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點,是光通信技術(shù)發(fā)展的一個全新領(lǐng)域,逐漸成為國際通用的標準技術(shù),成為全光網(wǎng)的一個重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統(tǒng),完成了VSR技術(shù)的核心部分--轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),使用現(xiàn)場可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來完成轉(zhuǎn)換器電路的設計和功能實現(xiàn).深入研究現(xiàn)有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標準,在其技術(shù)原理的基礎上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統(tǒng)總吞吐量大的優(yōu)勢,為將來向更高速率升級提供了依據(jù).根據(jù)萬兆以太網(wǎng)的技術(shù)特點和傳輸要求,提出并設計了用VSR技術(shù)實現(xiàn)局域和廣域萬兆以太網(wǎng)在較短距離上的高速互連的系統(tǒng)方案,成功地將VSR技術(shù)移植到萬兆以太網(wǎng)上,實現(xiàn)低成本、構(gòu)建方便和性能穩(wěn)定的高速短距離傳輸. 本文所有的設計均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實現(xiàn),采用Altera的Quartus Ⅱ開發(fā)工具和 Verilog HDL硬件描述語言完成了VSR4-1.0轉(zhuǎn)換器集成電路和萬兆以太網(wǎng)的SERDES的設計和仿真,并給出了各模塊的電路結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果.仿真的結(jié)果表明,所有的設計均能正確的實現(xiàn)各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統(tǒng)的要求.
上傳時間： 2013-07-14
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本文主要對基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實現(xiàn)及優(yōu)化設計進行了研究。由于點乘運算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對點乘運算的FPGA設計進行了重點優(yōu)化。首先比較分析了三種點乘算法，從運算復雜度的角度確定了蒙哥馬里算法是最利于FPGA芯片實現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語言實現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過三種模乘算法在FPGA上的實現(xiàn)，設計出一種串并混合的乘法器，達到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對本課題設計的硬件系統(tǒng)進行了仿真實驗，驗證了所設計的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進行綜合及布局布線，綜合報告文件證明了本課題所設計的ECC加密系統(tǒng)達到了優(yōu)化芯片速度和面積的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題首先研究了常規(guī)的RS譯碼器的算法，確定在關(guān)鍵方程的計算中采用一種新改進的BM算法，然后提出了基于復數(shù)基的有限域快速并行乘法器和利用冪指數(shù)相減進行除法計算的有限域除法器，通過這些優(yōu)化方法提高了RS譯碼器的速度，減少了譯碼延時和硬件資源使用，最后利用VHDL硬件描述語言在FPGA上實現(xiàn)了流水線處理的RS(255,223)譯碼器。 本課題實現(xiàn)的RS(255,223)硬件譯碼器的性能在國內(nèi)具有領(lǐng)先水平，對我國以后航天項目高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計有著很大的意義。
上傳時間： 2013-06-29
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