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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本論文討論的是如何對符合DVB-T標準的數字圖像無線監控系統中的MPEG2圖像實現底層硬件的實時加/解密.數字圖像無線監控系統是某公司研發的符合DVB-T標準的實時圖像語音無線傳輸系統,通過對實時采集的圖像等信息的發射與接收實現對遠程現場的無線監控.為了保證圖像數據在傳輸中的保密性,設計了基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統.該系統由加/解密算法模塊和密鑰管理模塊組成.加/解密算法模塊完成發射機及接收機中的實時數據流的加/解密,該模塊是基于FPGA的,采用美國國家標準DES(Dara Encryption Standard)算法,實現了對MPEG2 TS流的硬件加/解密.密鑰管理模塊完成加/解密模塊的密鑰產生、管理、控制、輸入等功能.本論文首先介紹了密碼學的基本知識及幾種典型的加密體制和算法.接著介紹了DVB-T數字廣播標準和數字圖像無線監控系統的原理和系統結構.然后對圖像加解密器的系統設計原理及實現做了詳細介紹.在此基礎上,介紹了FPGA中的加密算法的仿真及實現和密鑰管理模塊的實現.最后介紹了系統的硬件電路和整個系統的軟硬件調試.本人的工作主要包括:1.查閱資料,了解密碼學及DVB系統相關領域知識.2.根據項目要求設計基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統方案.3.基于FPGA完成MPEG2圖像的底層硬件加密及解密邏輯程序設計,并設計各個控制程序和驅動.4.設計系統原理圖及電路板,完成系統的軟硬件調試和與全系統的聯調.
上傳時間： 2013-06-30
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二次雷達(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和軍事敵我識別(Identification Friend or Foe)系統中的關鍵部分,由于這兩個應用領域都要求很高的可靠性和穩定性,因此,二次雷達一直是國內外雷達信號處理領域的研究熱點.傳統的機載二次雷達應答器普遍采用中小規模集成電路和分立元件設計,其穩定性和可靠性差,實時處理能力也很有限,無法完成高密度、大容量的應答.針對這些缺陷,本論文提出一種全新的應答數字信號處理器硬件結構,即FPGA+DSP的混合結構.這種硬件體系結構的特點是可靠性高,集成度高,通用性強,適于模塊化設計,處理速度快,能實時處理多個應答信號,以及進行置信度分析和生成報表.此項目中,本文作者主要負責FPGA部分硬件設計.FPGA主要完成雙通道數據采集、產生視頻信號和旁瓣抑制信號、計算當前飛機相對本地接收天線的方位和距離、與DSP實時交換數據、上傳報表等功能.論文詳細分析了接收機信號處理算法在FPGA中的硬件實現方案,在提高系統可靠性、堅固性以及FPGA資源的合理利用方面做了深入的探討.同時給出不同層次關鍵模塊的HDL實現及其時序仿真結果.
上傳時間： 2013-04-24
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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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激光測距是激光技術在軍事上最早和最成熟的應用，自1961．年美國休斯飛機公司研制成功世界上第一臺激光測距機之后，激光測距技術發展迅速。如今，它已經被廣泛運用于軍用領域和民用領域。為了進一步提高我國激光測距水平，研制更高性能激光測距機依然是我國國防科技研究中的重要課題之一。其中，測距精度是激光測距機的一個重要參數。而激光測距機能否準確的檢測激光回波信號將直接影響測距精度。 脈沖激光測距系統主要包括激光發射子系統、激光回波探測子系統、回波檢測與主控子系統、終端顯示子系統等組成。其中設計高精度激光回波檢測與主控子系統是實現高精度激光測距的核心問題。傳統激光回波檢測與主控子系統通常采用分立元件和小規模集成電路設計，電路復雜且精度較低。隨著數字電路設計技術的發展，已出現大規?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)。采用FPGA代替傳統的分立元件和小規模集成電路來設計激光回波檢測與主控子系統，不僅提高了回波檢測精度，同時簡化了整個測距系統的設計。 本文研究了將激光回波信號直接送入FPGA進行檢測的方案。同時，采用這種方案設計了一種激光回波檢測系統，并把它成功運用在一引信項目中。這種方案電路設計簡單，易于實現。在實際應用中，由于激光回波探測子系統只是完成由光信號到電信號的轉換及簡單放大，理論分析和試驗結果均表明，采用該方案進行回波檢測的精度較低，這種回波檢測方法也只能應用在測距精度要求低的項目中。 為了滿足另一高精度測距項目的需要，在FPGA直接進行激光回波檢測方案的基礎上，設計了一種高精度激光回波檢測系統。文中介紹了其實現原理，理論上分析了該系統所能達到的回波檢測精度及整機測距系統的測距精度。與第一種方案相比，該方案引入了超高速數據采集電路。由于采樣速率高達lGsps，該方案實現的難點在于如何保證數據采集電路的穩定工作。文中從總體方案的設計，到器件的選型，硬件電路板的實現等方面做了詳細的闡述，最終完成了系統硬件電路設計。接著介紹了系統程序設計。后面給出了試驗測試結果，該系統工作穩定，性能良好。系統設計中引入的超高速數據采集電路有著廣泛的應用，為其他相關設計提供了參考。最后，對全文做了工作總結，并給出了接下來的后續工作與展望。 本文在高速FPGA對激光回波信號檢測方向取得了一定的成果，為進一步研究提供了參考價值。
上傳時間： 2013-06-13
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在圖像處理、航空航天、遙感測量、現代電子測試等很多領域，要求測試儀器設備能及時保存原始測試數據，用于事后數據分析和處理。同時前端探測器性能的提高，對于各種系統存儲容量、體積、造價、穩定性等都提出了更高的要求。因此研制性能可靠、體積小、低成本的數據存儲系統是十分必要的。 本文提出基于ARM嵌入式處理器+FPGA結構的高速信號采集與存儲系統解決方案。進行了信號采集與存儲系統設計。其特點是高性能、低成本、體積小。 文中利用了ARM處理器和FPGA可編程邏輯器件的特點，進行了基于本方案的硬件設計，：FPGA軟件設計。敘述了PCB設計以及調試過程中需注意的問題。 系統的硬件設計以ARM和FPGA為平臺，ARM處理器采用了Samsung公司的S3C2410，FPGA采用Altera公司的EP2C8。硬件設計圍繞著核心芯片，進行了電源設計和ARM和FPGA外圍電路設計。 ARM處理器實現了系統的控制；FPGA作為協處理器實現了FIFO，一些接口、時序控制等，協助ARM采集數據。在FPGA中實現硬件電路簡化了外圍電路，使得設計靈活，開發調試方便，也提高了系統的可靠性。 系統軟件操作系統采用的是Linux，基于嵌入式Linux操作系統的特點，分析了系統的實時性。接著進行了Linux平臺上基于Qt的用戶界面應用程序設計。 最后分析了系統測試結果，并指出存在的問題和改進方法。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著微電子技術和電力電子技術的飛速發展，運動控制系統正朝著通用化、智能化、微型化的方向發展。目前，以數字信號處理器（DSP）和現場可編程門陣列（FPGA）為核心的運動控制卡已成為運動控制器的發展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC機，將PC機強大的信息處理能力和開放式特點與運動控制卡的運動控制能力相結合，具有信息處理能力強、開放程度高、運動控制方便、通用性好的特點。因此，本文通過對運動控制技術的深入研究，開發了一款以DSP和FPGA為主控單元、基于PCI總線的運動控制卡。 首先，設計了運動控制卡硬件電路，對控制卡的DSP和FPGA外圍電路、PCI總線接口電路、模擬量輸出電路、編碼器信號采集電路、通用I/O接口電路等實現方法進行了詳細討論。 為提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通過對FPGA的編程設計，在FPGA中實現了PCI總線目標設備接口控制器、雙端口RAM、DDA精插補電路、DAC接口電路、編碼器信號處理電路和數字I/O信號處理電路。 基于改進的數字PID控制器和前饋控制，設計開發了運動控制卡的位置閉環伺服控制器，并整定了控制器參數，獲得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver開發了控制卡的驅動程序，并詳細介紹了驅動程序的開發流程。
上傳時間： 2013-08-01
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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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近年來，隨著計算機和通信技術的飛速發展，特別是網絡的迅速普及和3C(計算機、通信、消費電子)合一的加速，微型化和專業化成為發展的新趨勢，嵌入式產品已經成為了信息產業的主流，嵌入式系統技術也成為目前電子產品設計領域最為熱門的技術之一，目前已經廣泛地應用于軍事國防、消費電子、網絡通信、工業控制等各個領域。本文在研究視頻采集發展現狀和趨勢的基礎上，設計了一種基于32位處理器的嵌入式圖像采集和傳輸系統。此套硬件系統可應用于LCD顯示屏、桌面視頻、多媒體、數字電視機、圖像處理、可視電話和遠程戶外圖像采集等領域。 該圖像采集系統在硬件系統上以ARM芯片S3C44BOX為核心，利用CMOS圖像傳感器采集圖像；以FIFO幀存儲器暫存圖像數據，解決了ARM芯片與圖像傳感器之間速率的不同步問題；并充分利用了FPGA/CPLD高性能、低功耗、低成本的優點，用CPID器件控制整個圖像采集的時序邏輯。在軟件平臺移植了嵌入式操作系統’uClinux,并在此基礎上開發了底層的驅動程序和應用程序。體積小巧，具備圖像采集、顯示和遠程傳輸功能和良好的可擴展性。 全文共分為五個章節，第一章主要介紹了論文的課題背景和圖像采集技術的發展現狀，介紹了論文的研究目標和研究內容。第二章從硬件和軟件兩方面闡述了嵌入式圖像采集系統的總體設計方案，詳細介紹了硬件開發平臺嵌入式系統和軟件開發平臺嵌入式操作系統各自的定義和特點。第三章主要介紹基于ARM的圖像采集系統硬件設計方面的內容，包括各個模塊的具體實現方案、系統硬件性能分析和硬件電路的抗干擾設計等。第四章研究了基于uClinux平臺的幾個主要模塊的軟件設計，主要包括圖像傳感芯片的初始化和采集程序的實現、LCD控制器的初始化和圖像顯示程序的實現、以太網控制器的初始化和圖像數據傳輸程序的實現。第五章是對全文的一個總結，概括了作者所做的工作，提出所存在的不足并對后續的研究工作做了進一步的展望。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著生物識別技術的興起，虹膜識別技術被日益關注。由于虹膜識別技術對個體識別具有高度的可靠性，已成為目前生物識別中最有發展前景的識別技術之一。與其它生物識別技術相比，虹膜識別技術具有唯一性、穩定性、非侵犯性、不易偽造性和活體特性等優勢。因此，虹膜識別技術具有廣闊的使用前景和很好的經濟效益，越來越受到國內外有關研究人員的重視。 目前，虹膜識別產品大多都是基于PC平臺的，在便攜性、穩定性和安全性方面還存在一些問題。為了克服以上的缺點，本文構架了基于DSP和FPGA的嵌入式虹膜識別硬件平臺，使虹膜識別技術可應用與更多的領域。 本文的主要工作如下： 1．設計了一個嵌入式硬件系統，包括DSP處理器、FPGA、COMS圖像傳感器、人機交互接口和通信接口。同時，還編寫了各硬件模塊的驅動程序。另外，由于系統中DSP工作頻率為300Mhz，另外有些器件工作在100Mhz，因此本文還給出了一些信號完整性分析和PCB設計經驗。 2．在FPGA設計中，編寫Verilog程序，完成了虹膜圖像采集模塊、乒乓存儲器切換模塊、圖像采樣模塊以及將采樣后的圖像顯示在TFT彩色液晶上的模塊，最終實現了虹膜圖像實時顯示系統。此外，還設計實現了用于和DSP通信的HPI接口模塊。 3．完成了部分系統應用程序設計。在使用DSP/BIOS實時操作系統的基礎上設計了各系統任務，通過調用驅動程序控制和協調各硬件模塊，實現了虹膜識別功能。 最終，本文實現了系統設計，本設計可以快速有效的進行虹膜識別。同時，由于本系統采用模塊化的軟硬件設計技術，使系統便于快速應用于各種場合。
上傳時間： 2013-04-24
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