數字圖像的壓縮是解決圖像數據量大、存儲和傳輸困難的基本措施。圖像壓縮的方法很多，一般可分為有損壓縮和無損壓縮兩大類。有損壓縮允許一定程度的信息丟失，在滿足實際應用的條件下能夠取得較高的壓縮比；無損壓縮不允許信息丟失，但是壓縮比難以提高。在醫學圖像、遙感圖像等應用領域，對于圖像的壓縮比和失真度都有著較高要求，因此需要采用近無損壓縮的方法。近無損壓縮是有損壓縮和無損壓縮的一個折衷，允許一定的失真，能夠獲得高保真還原圖像的同時，得到比無損壓縮更高的壓縮比。 JPEG-LS是連續色調靜止圖像無損和近無損壓縮的國際標準，算法復雜度低，壓縮性能優越，但是JPEG-LS對不同圖像壓縮時壓縮比不可控制。本文在研究JPEG-LS近無損圖像壓縮算法的基礎上，針對具體應用背景，提出了一種基于塊的近無損壓縮方法。進一步利用圖像局部紋理特性分析，對不同特性的區域容忍不同的信息丟失程度，實現了對圖像壓縮的碼率控制。針對某工程應用中的具體要求，我們以FPGA為平臺，采用Verilog HDL語言對改進算法進行了硬件實現。 實驗結果證明，這種基于塊的具有碼率控制的近無損圖像壓縮算法，在實現較為精確的碼率控制的同時，能夠獲得較高的還原圖像質量，而且硬件實現復雜度低，能夠滿足對圖像的實時壓縮要求。
上傳時間： 2013-06-18
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H.264/AVC是ITU與ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission國際標準化組織/國際電工委員會)聯合推出的活動圖像編碼標準。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。基于上下文的自適應二進制算術編碼(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的兩個熵編碼方案之一，相對于另一熵編碼方案-CAVLC(基于上下文的自適應可變長編碼)，CABAC具有更高的數據壓縮率：在同等編碼質量下要比CAVLC提高10％～15％的壓縮率。CABAC能實現很高的數據壓縮率，但這是以增加實現的復雜性為代價的。在已有的硬件實現方法上，CABAC的解碼效率并不高。 論文在深入研究CABAC解碼算法及其實現流程，并在仔細分析了H.264/AVC碼流結構的基礎上，總結出了影響CABAC解碼效率的各個環節，并以此為出發點，對CABAC解碼所需中的各個功能模塊進行了優化設計，設計出一種新的CABAC解碼器結構，相對于一般的CABAC解碼器，它的解碼效率得到了顯著提高。論文針對影響CABAC解碼過程的"瓶頸"問題一多次訪問存儲部件影響解碼速率，提出了新的存儲組織方式，并根據CABAC的碼流結構特性，采用4個子解碼器級聯的方式來進一步提高解碼速率。 最后，用Verilog語言對所設計的CABAC解碼器進行了描述，用EDA軟件對其進行了仿真，并在FPGA上驗證了其功能，結果顯示，該CABAC解碼器結構顯著提高了解碼效率，能夠滿足高檔次實時通訊的要求。
上傳時間： 2013-07-03
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從制成世界上第一臺激光器開始，激光優異的單色性、方向性和高亮度特點引起了各界的關注。激光測距技術是目前應用較為廣泛的一種激光技術，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優點。目前激光測距技術分成脈沖式和連續式兩種類型，連續式測距系統隨著近年來激光技術的發展逐漸引起人們的關注，在民用領域，尤其是在一些對數據的實時性要求不很高的系統中得到普遍應用。 小型化、智能化、高精度、對人眼安全是激光測距的發展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對較高、靈活性不夠、適應能力不強、抗干擾能力不強等缺點，不利于整機的一體化和小型化設計。 基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數字信號處理技術應用到連續式相位激光測距技術中，具體是利用DDS(直接數字頻率合成)技術產生用于調制激光器的正弦信號，利用FPGA與DSP技術實現高速數字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點，而且還具有以下的優點：可以通過軟件的方法改變調制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續測距中頻率輸出不穩定和相位抖動的問題，使測距儀的穩定性更高；采用DSP處理芯片對信號進行處理，處理速度更快，提高了實時性；采用FFT技術測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術的不斷發展，精度還有上升的空間。 本文從理論和實驗上驗證了該測距方案的可行性。在采用實時取樣補償技術的情況下，該測距方案的測距精度可達到毫米量級，該測距方案設計新穎，系統受環境因素影響較小，可在惡劣環境下進行短距離(一般小于15米)的測量。實驗結果表明，該設計方案基本上達到預期的指標要求。
上傳時間： 2013-06-08
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐，使系統電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-21
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擴頻通信技術是信息時代的三大高技術通信傳輸方式之一，與常規的通信技術相比。具有低截獲率、強抗噪聲、抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前已從軍事領域向民用領域迅速發展。在民用化之后，它被迅速推廣到各種公用和專用通信網絡之中，如衛星通信、數據傳輸、定位、測距等系統中。 擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統，然而目前專用擴頻芯片大部分功能都已固化。缺少產品開發的靈活性。其次，目前用FPGA與DSP相結合實現的直接序列擴頻的收發系統比較多，系統復雜且成本高。另外，現代擴頻通信系統在接收和發送端需要完成許多快速復雜的信號處理，這對電路的可靠性和處理速度提出了更高的要求。因此，設計一個全部用FPGA技術實現的擴頻通信收、發系統具有較強的實際應用價值。 根據FPGA的高速并行處理能力和全硬件實現的特點，采用直接序列擴頻技術，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系統的軟件仿真和硬件電路設計。實驗結果表明，比用傳統的FPGA與DSP相結合實現方式，提高了處理速度，減少了硬件延時。同時采用了流水線技術，提高了系統并行處理的能力。并且系統功能可以通過程序來修改和升級，與專用擴頻芯片相比，具有很大的靈活性。所有模塊都集成在一個芯片中，提高了系統的穩定性和可靠性。
上傳時間： 2013-05-18
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在很多高精度計算場合需要采用浮點運算。過去用門電路進行各種運算通常為定點運算，但其計算精度有限。隨著現場可編程門陣（FPGA）的迅速發展，可以采用FPGA實現浮點運算。 本文首先介紹定點數和浮點數的格式，完成基于FPGA的幾種常用浮點運算器的VHDL設計，包括浮點數與定點數之間的相互轉換，浮點加法器、減法器、乘法器以及除法器。在這些浮點運算單元電路中采用多級流水線技術，并在某些方面優化算法，提高了運算器的性能。在此基礎上討論浮點運算器的應用，通過調用自主開發的浮點乘、加模塊設計浮點FIR濾波器，并將其應用于正交中頻采樣，結果表明浮點運算的正交中頻采樣可以得到更高的鏡頻抑制比。最后應用浮點運算模塊設計浮點FFT處理器，在FPGA中實現高精度的FFT處理。
上傳時間： 2013-05-20
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在工業控制領域，多種現場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業以太網技術的迅速發展，國際上已經出現了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業以太網協議。將傳統的商用以太網應用于工業控制系統的現場設備層的最大障礙是以太網的非實時性，而實現現場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統中實現高精度時鐘同步的協議——精確時間協議(Precision Time Protocol)。PTP協議集成了網絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網進行通訊的分布式系統，特別適合于以太網，但不局限于以太網。PTP協議能夠使異質系統中各類不同精確度、分辨率和穩定性的時鐘同步起來，占用最少的網絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協議，由于其實現機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現場設備間微秒級的同步精度雖然已經能滿足大多數工業控制系統對設備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協議，以Ethernet作為底層通訊網絡，以嵌入式軟件形式實現TCP/IP通訊，以數字電路形式實現時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-07-28
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隨著語音技術應用的發展，語音信號數字處理的實時性要求越來越突出。這就要求在系統設計中，對系統的硬件環境要求更高。隨著語音處理算法的日益復雜，用普通處理器對語音信號進行實時處理，已經不能滿足需要。專用語音信號處理芯片能解決實時性的要求，同時對器件的資源要求也是最低的。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數字信號處理領域的優勢，對語音信號的常用參數—LPC(線性預測編碼，Linear Predictive Coding)參數提取的FPGA(現場可編程門陣列，Field Programmable Gate Array)實現進行了深入研究。論文首先對語音的離散數學模型和短時平穩特性進行了分析，深入討論了語音線性預測技術。第二，對解線性預測方程組的自相關法和協方差斜格法進行了比較，提出了一種基于協方差斜格法的LPC參數提取系統的總體設計方案。第三，對Altera公司的Cyclon系列可編程器件的內部結構進行了研究，分析了在QuartusⅡ開發平臺上進行FPGA設計的流程。第四，對系統的各個功能模塊進行了設計，所有算法通過Verilog硬件描述語言實現，并對其工作過程進行了詳細的分析。最后，在Altera FPGA目標芯片EP1C6Q240C8上，對LPC參數提取系統進行了仿真驗證。 系統具有靈活的輸入輸出接口，能方便地同其它語音處理模塊相連，構成一個完整的語音處理專用芯片，可以應用于語音編解碼、語音識別等系統。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264視頻編解碼標準以其高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等優點在數字電視廣播、網絡視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應用。提高H.264幀內預測的速度，對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此，論文在總結國內外相關研究的基礎上，針對H.264幀內預測的軟件實現具有運算量大、實時性差等缺點，提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結構的幀內預測算法的硬件實現。 論文在詳細闡述H.264幀內預測編碼技術的基礎上，分析了17種預測模式算法，通過Matlab仿真建模，直觀地給出了預測模式的預測效果，并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預測模式對編碼性能的影響，以此為根據對幀內預測模式進行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內預測系統的設計方案，將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉換模塊轉換成YCbCr圖像，存入片外SDRAM中，控制模塊負責讀寫數掘送入幀內預測模塊進行處理。幀內預測模塊中，采用一種并行結構的可配置處理單元，即先求和再移位最后限幅的電路結構，來計算各預測模式下的預測值，極大地減小了預測電路的復雜度。針對預測模式選擇算法，論文采用多模式并行運算的方法，即多個結構相同的殘差計算模塊，同時計算各種預測模式對應的SATD值，充分發揮FPGA高速并行處理的能力。其中Hadamard變換使用行列分離的變換方法，采用蝶形快速變換、流水線設計提高硬件的工作效率。最后，論文設計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預測模式。 整個幀內預測系統被劃分成多個功能模塊，采用層次化、模塊化的設計思想，并采用流水線結構和乒乓操作來提高系統的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設計，由Modelsim仿真和集成開發環境ISE9.1綜合。仿真與綜合結果表明，系統時鐘頻率最高達到106.7MHz。該設計在完成功能的基礎上，能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統進行了有益的探索，具有一定的實用價值。
上傳時間： 2013-07-21
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在嵌入式實時圖像處理應用中，圖像旋轉廣泛地應用于社會生產生活的各個領域，它是很多圖像預處理、檢測的重要前提。在當今工業應用中，人們要求圖像處理系統趨向小型化的同時，對系統的實時性也提出了更高的要求。近年來，隨著...
上傳時間： 2013-07-10
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