H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。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，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結(jié)構框圖，并總結(jié)出了影響CAVLC編碼器實現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優(yōu)化設計，這些優(yōu)化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結(jié)果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-04
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大圓機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域，比較復雜的典型機電一體化產(chǎn)品。近幾年來，伴隨著我國針織行業(yè)的快速發(fā)展，大圓機的需求日益加大，傳統(tǒng)的基于MCU面板控制和采用薄膜按鍵方式的大圓機控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需求。隨著微處理器技術的發(fā)展，嵌入式技術以其高集成度和高穩(wěn)定性、高性價比在工控領域有著廣闊的應用前景。 近幾年，隨著嵌入式技術的發(fā)展，對人機界面的要求越來越高，友好的圖形人機界面為嵌入式系統(tǒng)的人機交互提供了豐富的圖形圖像信息。uC/GUI是一款不僅可以實現(xiàn)快速開發(fā)，而且能夠提供低功耗型GUI支持的嵌入式GUI軟件。用戶可以使用它方便地定制出自己的圖形用戶界面，完成各種應用程序的開發(fā)。因此已經(jīng)被越來越多的領域所采用。 本文在對大圓機系統(tǒng)的功能和控制要求進行分析的基礎上，提出了一個以ARM微處理器和CPLD器件為中心構建硬件平臺、基于uC/OS-Ⅱ和uC/GUI的嵌入式大圓機控制系統(tǒng)解決方案。 此方案中的硬件平臺由主CPU核心應用系統(tǒng)電路、人機交互接口電路、協(xié)處理器CPLD模塊電路等部分組成。主CPU采用Samsung公司的基于ARM7內(nèi)核的S3C44BOX處理器，人機交互接口電路采用觸摸屏和LCD液晶顯示器，為了解決閉環(huán)控制的問題，采用了CPLD作為協(xié)處理器，進行外圍擴展構成控制電路，軟件部分包括uC/OS-Ⅱ、Boot Loader、設備驅(qū)動程序、人機界面和主控制應用程序等。其中Boot Loader支持系統(tǒng)啟動,程序下載到RAM執(zhí)行和燒寫到Flash存儲器等功能,而人機界面和主控制應用程序則基于設備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)了對于大圓機系統(tǒng)的控制。 與傳統(tǒng)的基于MCU或工控機的大圓機控制系統(tǒng)相比，基于此設計方案實現(xiàn)的控制系統(tǒng)具有低成本、高集成度和高性能等特點，具有較大的實用價值和廣闊的應用前景。
標簽： CPLD ARM 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-13
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網(wǎng)絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現(xiàn)D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統(tǒng)架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現(xiàn)。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統(tǒng)的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統(tǒng)架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協(xié)處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質(zhì)量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現(xiàn)，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結(jié)合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結(jié)構以提供高數(shù)據(jù)吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環(huán)境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優(yōu)化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數(shù)據(jù)表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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在衛(wèi)星通信、移動通信技術快速發(fā)展的今天，短波這一最古老和傳統(tǒng)的通信方式不僅沒有被淘汰，還在快速發(fā)展。其通信距離遠、設備簡單以及移動方便等優(yōu)點被廣泛應用于無線通信領域。 數(shù)字調(diào)制技術作為通信領域中極為重要的一個方面，也得到了迅速發(fā)展。全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術的使用使各類現(xiàn)代調(diào)制解調(diào)技術融合一體，目前國內(nèi)多速率/多制式調(diào)制解調(diào)大多基于通用．DSP實現(xiàn)，支持的速率比較低。由于運算量大和硬件參數(shù)的限制，采用通用DSP無法勝任高速率調(diào)制解調(diào)的任務?，F(xiàn)代FPGA可以提供支持以低系統(tǒng)丌銷、低成本實現(xiàn)高速乘．累加超前進位鏈的DSP算法。本文采用理論與實踐相結(jié)合的方式研究基于FPGA技術來實現(xiàn)短波數(shù)字信號的調(diào)制解調(diào)。通過對具體的FPGA系統(tǒng)設計與調(diào)試，將理論應用到實際中。 本文通過具體的EPlC60240C8芯片作為處理器的FPGA實驗板，研究了短波數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)的設計與丌發(fā)過程。分析了現(xiàn)代通信的各種調(diào)制方式．誤碼率。得出了不同的調(diào)制方式的優(yōu)劣性。最后重點提出了QPSK的調(diào)制解調(diào)方法。給出了Qf'SK的調(diào)制解調(diào)框圖、QPSK的SystemView系統(tǒng)仿真、VHDL程序進行調(diào)制解調(diào)，在OUARTUS上進行仿真。然后設計AD/DA輸入輸出電路，對短波數(shù)字信號進行調(diào)制解調(diào)。通過設計的AD/DA電路輸入短波數(shù)字信號進行調(diào)制解調(diào)，然后輸出原始的模擬信號。文中還對比了其他的調(diào)制解調(diào)方式，通過對比，發(fā)現(xiàn)不同的調(diào)制解調(diào)方式對短波信號的影響。最后，通過比較FPGA與DSP在處理高速率、大容量的數(shù)字信號，得出不同的結(jié)論。展示了FPGA在這方面的優(yōu)越性。
標簽： FPGA 短波 數(shù)字信號 調(diào)制解調(diào)
上傳時間： 2013-06-05
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隨著信息技術和計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術，己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現(xiàn)技術對相關領域的發(fā)展具有深遠意義。另外，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設計方法，加速了系統(tǒng)的設計進程，為圖像壓縮系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： (1)結(jié)合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現(xiàn)了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現(xiàn)了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統(tǒng)的測試平臺，對實現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
標簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經(jīng)濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用了自頂向下的設計方案，先把系統(tǒng)分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉(zhuǎn)換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數(shù)據(jù)模塊、總線管理模塊等，實現(xiàn)把標準的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規(guī)范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態(tài)機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內(nèi)部的實現(xiàn)，達到了一33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度、支持猝發(fā)傳輸?shù)腜CI從設備模塊的接口功能，與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來實現(xiàn)的PCI接口比較來看，更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅(qū)動程序。驅(qū)動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅(qū)動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統(tǒng)端口和內(nèi)存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅(qū)動程序。 最后，考慮到增加系統(tǒng)的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后，再額外地把采集來的視頻數(shù)據(jù)通過另一路數(shù)據(jù)通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統(tǒng)中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數(shù)據(jù)存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
上傳用戶：程嬰sky
隨著數(shù)字電視技術的飛速發(fā)展，數(shù)字機頂盒已成為現(xiàn)在模擬電視收看數(shù)字電視節(jié)目必不可少的設備。而數(shù)字機頂盒需要在解碼后的模擬視頻信號上加入屏幕顯示信息(如亮度、色度、信息服務菜單等)以提供給觀眾良好的界面和靈活的人機交互。 v屏幕顯示系統(tǒng)(OSG，On-Screen-Graphics)解決了現(xiàn)有模擬電視無法實現(xiàn)的疊加屏幕顯示信息的問題，提供同步輸出疊加有各種圖形、文字的電視節(jié)目圖像的功能，其中最主要的部分是OSD(On-Screen-Display)，即屏幕顯示單元。OSD將疊加的位圖圖像分為多個OSD塊，一般定義為矩形區(qū)域。每個矩形區(qū)域，例如臺標、參數(shù)調(diào)節(jié)框、字幕等，都有獨立的4色、16色或256色顏色查找表。同時OSG系統(tǒng)也支持真彩模式。OSD塊經(jīng)由編碼/混合器與視頻圖像進行alpha混合后輸出到電視屏幕上。 本文詳細介紹了應用FPGA設計包括屏幕顯示單元在內(nèi)的OSG系統(tǒng)的思路和設計過程，描述了模塊的劃分與功能仿真。在論文前半部分，本文給出了圖文屏幕顯示系統(tǒng)各子單元的工作流程，接著論文的后半部分，給出了詳細的模塊接口說明和硬件實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-07-27
上傳用戶：萬有引力
可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統(tǒng)具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現(xiàn)一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現(xiàn)了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數(shù)和最大迭代次數(shù)均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統(tǒng)開發(fā)板。該開發(fā)板可提供高速以太網(wǎng)MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統(tǒng)需求。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本文所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現(xiàn)相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設計與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結(jié)及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術水平的不斷提高，在科研和生產(chǎn)過程中為了更加真實的反映被測對象的性質(zhì)，對測試系統(tǒng)的性能要求越來越高。傳統(tǒng)的測試裝置，由于傳輸速度低或安裝不便等問題已不能滿足科研和生產(chǎn)的實際需要。USB技術的出現(xiàn)很好的解決了上述問題。USB總線具有支持即插即用、易于擴展、傳輸速率高(USB2.0協(xié)議下為480Mbps)等優(yōu)點，已逐漸得到廣泛的應用。 本課題研究并設計了一套基于USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。論文首先詳細介紹了USB總線協(xié)議，然后從系統(tǒng)的總體結(jié)構、硬件電路、軟件程序以及系統(tǒng)性能檢測等幾個方面，詳細闡述了系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。系統(tǒng)采用雙12位A/D轉(zhuǎn)換器，提供兩條模擬信號通道，可以同時采集雙路信號，最高的采樣率為200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。論文詳細介紹了其在SlaveFIFO接口模式下的電路設計和程序設計。系統(tǒng)應用FPGA芯片作系統(tǒng)的核心控制，控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和與USB接口芯片的數(shù)據(jù)交換，并產(chǎn)生其中的邏輯控制信號和時序信號。同時應用FPGA芯片作系統(tǒng)的核心控制可提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、減小設備的體積。系統(tǒng)的軟件設計，主要包括FPGA芯片中的邏輯、時序控制程序、8051固件程序、客戶應用程序及其驅(qū)動程序。客戶端選擇了微軟的Visual Studio6.0 C++作開發(fā)平臺，雖然增加了復雜程度，但是軟件執(zhí)行效率及重用性均得到提高。 最后，應用基于USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試標準信號及電木的導熱系數(shù)，以驗證測試系統(tǒng)的可靠信與準確性。
標簽： FPGA USB 接口 數(shù)據(jù)采集
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信號處理技術的進步和電子技術的發(fā)展，雷達信號偵察接收機逐漸從模擬體制向數(shù)字體制轉(zhuǎn)變。軟件無線電概念的提出，促使雷達偵察接收機朝大帶寬、全截獲方向發(fā)展，現(xiàn)有的串行信號處理體制已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)要求。FPGA器件的出現(xiàn)，為實現(xiàn)寬帶雷達信號偵察數(shù)字接收機提供了硬件支持。 本文結(jié)合FPGA芯片特點，在前人研究基礎上，從算法和硬件實現(xiàn)兩方面，對雷達信號偵察數(shù)字接收機若干關鍵技術進行了研究和創(chuàng)新，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設計聯(lián)合仿真技術。這種聯(lián)合仿真技術，大大提高了基于FPGA的雷達信號偵察數(shù)字接收機的設計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數(shù)字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進行了硬件實現(xiàn)，設計可對600MHz帶寬內(nèi)的輸入信號進行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結(jié)構FFT的FPGA實現(xiàn)方案，并將其在FPGA芯片中進行了硬件實現(xiàn)，設計能夠在一個時鐘周期內(nèi)完成32點并行FFT運算，滿足了數(shù)字信道化接收機對數(shù)據(jù)處理速度的要求。 4)提出了一種自相關信號檢測FPGA實現(xiàn)方案，通過改變FIFO長度改變自相關運算點數(shù)，實現(xiàn)了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結(jié)果的可靠性。 5)在單通道自相關信號檢測算法基礎上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關點數(shù)和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結(jié)果，得到最終檢測結(jié)果。給出了算法FPGA實現(xiàn)過程，并對設計進行了聯(lián)合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進行了實現(xiàn)。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結(jié)合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達脈沖信號到達時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內(nèi)實現(xiàn)了一個精簡的雷達信號偵察數(shù)字接收機，并在微波暗室中進行了測試。
標簽： FPGA 雷達信號 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-06-13
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