JPEG 2000是為適應不斷發展的圖像壓縮應用而出現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域得到廣泛的應用。通過提升的方法很容易構造一般的整數小波變換，由于圖像一般用位數較低的整數表示，整數小波變換可以將為整數序列的圖像矩陣映射成整數小波系數矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設計。在當今數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域的應用已經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，設計圖像壓縮系統的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數的意義，多分辨分析引出的構造小波基的系統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造方法，并介紹了數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造小波基以及傳統小波變換的提升實現，討論了整數小波變換。 第二部分介紹了FPGA結構及其設計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發展趨勢及FPGA/CPLD基本結構，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結構特點，以及Xilinx的FPGA開發軟件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構進行設計-低速低功耗的串行流水線結構和高速高功耗的并行陣列結構。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的折疊結構和高速高功耗的串行結構。 文章對提升小波變換的FPGA實現中的大量細節問題進行了討論，給出了每種結構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域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-07-25
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本項目完成的是中國地面數字電視融合方案發端系統的FPGA設計與實現。采用Stratix系列的EP1S80F1020C5FPGA為基礎構建了主硬件處理平臺。系統中能量擴散、LDPC編碼、符號交織、星座映射、同步PN頭插入、3780點IFFTOFDM調制以及信號成形4倍插值滾降濾波器等都是基于FPGA硬件設計實現的。本文首先介紹了數字電視的發展現狀，融合方案發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識。第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA的融合方案發端系統除LDPC編碼部分的各個模塊的具體實現，并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。第四章簡要介紹了與融合方案發端系統結構類似的一個窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發端的FPGA設計，并對該測試平臺的性能進行了分析驗證。我在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關文獻資料，了解中國地面數字電視融合方案的整體結構和原理。 2.制定了整個發端系統FPGA實現的框架以及各模塊的接口定義。 3.完成了3780點IFFTOFDM的FPGA設計和驗證。 4.完成了4倍插值169階滾降濾波器的算法改進和FPGA設計與驗證。 5.完成了整個融合方案系統的功能仿真、分析和驗證。 6.完成了窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發端的FPGA設計以及仿真、驗證。
上傳時間： 2013-07-05
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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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網絡帶寬依然在不斷增長（尤其是在本地網），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情況是大容量的磁盤、FLASH移動存儲盤和激光盤的容量不斷增大，使得傳送和儲存數據的成本不斷地下降。不僅使人發問：我們孜孜不倦的搞視頻壓縮高級算法還有多少意義？我們可以看到，算法的復雜性日益增加，但性能的提高卻接近邊緣。 是什么還在要求更高的壓縮速率？還有被我們遺忘的地方嗎？還有什么應用讓我們繼續追求更精妙的壓縮算法？ 在作者看來，這個應用領域就是移動視頻服務。無線頻譜這種稀缺資源的有限性決定了我們必須繼續對視頻壓縮技術進行研究。即使伴隨UMTS/IMT2000的到來，移動終端可以獲得的數據速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窩的時候最高能達到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率對于較高質量的視頻傳輸來講，仍然是有限的。因此，可以預見，移動終端的空中接口這個瓶頸使得我們必須繼續進行視頻壓縮。 另一方面，移動終端領域開發視頻壓縮算法，在其低功耗和實時性要求下，也是異常困難的。為了減少計算的復雜性和運動估計的功耗，業界提出了許多快速算法，例如2-D的對數搜索，三步搜索，聯合搜索。盡管這些方法減少了功耗，其結果是視頻壓縮性能的降低，因為這些算法的本質是減少了運動搜索的空間。為了實現運動搜索的低功耗，在電路領域又提出了搜索窗口和時鐘管理的措施。但這些方法都是在犧牲視頻壓縮比性能的基礎進行的折中，并沒有強調算法映射結構上做出處理。 本論文提出了一種新的解決MPEG-4運動估計運算的低功耗實時處理器架構。其基礎是采用了心肌陣列并行處理技術和低功耗控制電路。運動估計的繁復運算通過心肌陣列分布式運算得到有效處理。從理論上看，心肌陣列有其簡單易理解性，然后，由于FPGA的互聯網絡有限性，設計這樣一個陣列仍有許多值得注意的問題。論文提出使用保守近似處理在全局運動估計中減少功耗，其本質是消除不必要的冗余運算。宏塊的最小誤差匹配是一個典型的串行操作過程。論文新提出的方法是在進行絕對匹配前使用保守計算，如果保守誤差值與最小誤差差別過大，則不進行絕對誤差計算。 總的說來，論文實現了兩個目標：通過心肌陣列實現了實時的運動估計編碼，通過在算法層次引入控制電路，降低運動估計電路的功耗。
上傳時間： 2013-06-23
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通信領域的主導技術有兩種：用于內部商業通信的局域網(LAN)中的以太網(Ethernet)和廣域網(WAN)中的SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。因為在SDH網絡上不直接支持以太網，當企業(客戶)間需要彼此通信或企業(客戶)內需要將其總部與分部連至同一LAN網時互連問題便應運而生。 該研究課題的目的是研究在EoS(EthernetoverSDH)實現過程中存在的技術難題和協議實現的復雜性，提出一種簡單、快速、高效的協議實現方法。主要關注的是EoS系統中與協議幀映射相關的關鍵技術，例如：自定義幀結構、幀定位、全數字鎖相技術、流量控制技術等，最終完成EoS中這些關鍵技術模塊的設計。 該課題簡單分析EoS系統相關協議幀結構及EoS系統的原理，闡述了FPGA技術的實現方法，重點在于利用業界最先進的EDA工具實現EoS系統中幀映射技術。系統中采用一種簡化了的點對點實現方案，對以太網的數據幀直接進行HDLC幀格式封裝，采用多通道的E1信道承載完整的HIDLC幀方式將HDLC幀映射到E1信道中，然后采用單通道承載多個完整的E1幀方式將E1映射到SDH信道中，從而把以太網幀有效地映射到SDH的負荷中，實現“透明的局域網服務”。這對在現有的SDH傳輸設備上承載以太網，開發實現以太網的廣域連接設備，將會具有重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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嵌入式系統是當前最為熱門的研究領域之一，也是“后PC時代”最有發展前景的方向之一。目前，它已經被廣泛地應用于信息家電、手持通信設備、儀器儀表、汽車、航空航天、工業控制以及數據采集等應用領域，為人們的工作和生活帶來了極大的便利。其中，GPRS DTU是嵌入式系統在工業控制和數據采集領域的重要應用，它可以實現將串口數據通過GPRS網絡進行數據傳輸，提供了無線備份鏈路，增強了數據傳輸的可靠性。伴隨著對智能化的需求日益增長，提出了智能化GPRS DTU的概念。除了原有的基本功能，還需要增加智能化功能模塊，比如支持自動心跳、保持永久在線，支持遠程登錄，遠程Web管理，遠程自動更新等。這樣就極大地節省了后期維護費用，降低了成本。因此，對智能化GPRS DTU的研究具有廣泛的意義和良好的商業前景。 本文主要是設計并實現智能化GPRS DTU的應用平臺，對關鍵技術進行了深入研究。首先從理論的層次介紹了嵌入式系統的基本概念和設計流程，在理論研究和項目實踐的基礎上，總結了抓住本質、分層整合、協同分工、情景分析等學習方法；介紹GPRS DTU硬件平臺的組成，以ATMEL公司的AT91RM9200為核心控制單元，以Telit的GM862作為GPRS功能模塊，以實現工業級指標要求；總結出Linux下ELF文件轉換為binary文件的方法，然后重點解決了U-boot應用于AT91RM9200重映射機制的修正，設計出面向智能化GPRS DTU的嵌入式混合文件系統（Cramfs+JFFS2+Initramfs），針對該文件系統對Linux-2．6．20進行了移植和裁剪；最后以串口/Ethernet數據網關的設計來說明應用開發的基本模型。 本系統研發的關鍵技術均已獲得相應的成果，對智能化GPRS DTU的發展給予了有力的技術支持。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁無刷直流電動機是一種性能優越、應用前景廣闊的電動機,傳統的理論分析及設計方法已比較成熟,它的進一步推廣應用,在很大程度上有賴于對控制策略的研究.該文提出了一套基于DSP的全數字無刷直流電動機模糊神經網絡雙模控制系統,將模糊控制和神經網絡分別引入到無刷直流電動機的控制中來.充分利用模糊控制對參數變化不敏感,能夠提高系統的快速性的特點,構造適用于調節較大速度偏差的模糊調節器,加快系統的調節速度;由于神經網絡既具有非線性映射的能力,可逼近任何線性和非線性模型,又具有自學習、自收斂性,對被控對象無須精確建模,對參數變化有較強的魯棒性的特點,構造三層BP神經網絡調節器,來實現消除穩態偏差的精確控制.以速度偏差率為判斷依據,實現模糊和神經網絡兩種控制模式的切換,使系統在不同速度偏差段快速調整、平滑運行.此外充分利用系統硬件構成的特點,采用適當的PWM輸出切換策略,最大限度的抑制逆變橋換相死區;通過換相瞬時轉矩公式推導和分析,得出在換相過程中保持導通相功率器件為恒通,即令PWM輸出占空比D=1,來抑制定子電感對換相電流影響的控制策略.上述抑制換相死區和采用恒通電壓的控制方法,減小了換相引起的轉矩波動,使系統電流保持平滑、轉矩脈動大幅度減小、系統響應更快、并具有較強的魯棒性和實時性.在這種設計下,系統不僅能實現更精確的定位和更準確的速度調節,而且可以使無刷直流電動機長期工作在低速、大轉矩、頻繁起動的狀態下.該文選用TMS320LF2407作為微控制器,將系統的參數自調整模糊控制算法,BP神經網絡控制算法以及PWM輸出,轉子位置、速度、相電流檢測計算等功能模塊編程存儲于DSP的E2PROM,實現了對無刷直流電動機的全數字實時控制,并得到了良好的實驗結果的結果.
上傳時間： 2013-06-01
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開關磁阻電機(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有結構簡單、工作可靠、效率高和成本較低等優點，在很多領域都顯示出強大的競爭力，但是位置傳感器的存在不僅削弱了SRM結構簡單的優勢，而且降低了系統高速運行的可靠性，增加了成本，探索實用的無位置傳感器檢測轉子位置的方案成為開關磁阻電機驅動系統(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的熱點。SRM高度非線性的電磁特性決定了在精確的數學模型基礎上實現無位置傳感器控制十分困難，而人工神經網絡的出現為解決這個問題提供了新的思路。徑向基函數(RadialBasisFunction，RBF)神經網絡是一種映射能力極強的前向型神經網絡，具有收斂速度快、全局逼近能力強等優點。本文提出一種利用自適應RBF神經網絡對SRM進行控制的新方法，所采用的RBF神經網絡以電機繞組的相電流、磁鏈作為輸入，轉子位置作為輸出，通過離線和在線相結合的方法對網絡進行訓練，建立SRM電流、磁鏈與轉子位置之間的非線性映射，從而實現SRM的無位置傳感器控制。 常規的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優點至今仍被廣泛采用。在系統模型參數變化不大的情況下，PID控制效果良好，但當被控對象具有高度非線性和不確定性時，僅靠PID調節效果不好。對于SRM，它的電磁關系高度非線性，固定參數的PID調節器無法得到很理想的控制性能指標。論文提出了一種基于RBF神經網絡在線辨識的SRM單神經元PID自適應控制新方法。該方法針對開關磁阻電機的非線性，利用具有自學習和自適應能力的單神經元來構成開關磁阻電機的單神經元自適應控制器，不但結構簡單，而且能適應環境變化，具有較強的魯棒性。同時構造了一個RBF網絡對系統進行在線辨識，建立其在線參考模型，由單神經元控制器完成控制器參數的自學習，從而實現控制器參數的在線調整，能取得更好的控制效果。 仿真及實驗結果表明，自適應RBF神經網絡能夠實現電機的準確換相，從而實現了電機的無位置傳感器控制；基于RBF神經網絡在線辨識的單神經元自適應控制能夠達到在線辨識在線控制的目的，控制精度高，動態特性好，具有較好的自適應性和魯棒性。
上傳時間： 2013-04-24
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對溫度、濕度、壓力等數據的采集在很多工農業生產中都普遍存在著。目前大部分的數據采集系統使用8位單片機作為控制器，由于單片機自身功能的限制，它的采樣速率，數據采集的方式等均受到一定的限制，而且它沒有自己的操作系統，可視性和可操作性相對比較差。因此，研究一種新型的、具有高速的采樣速率、多樣化的數據采集方式以及操作性非常強的數據采集系統非常的有必要。 本論文采用三星公司的ARM9內核的S3C2410作為主控制器，嵌入式Linux作為操作系統，通過S3C2410的RS-485、I2C總線來控制和傳輸由不同類型數據采集器采集到的數據；利用嵌入式圖形用戶界面GUI的編程工具Qt/E(Qt/Embedded)設計的用戶界面，結合開源嵌入式數據庫Sqlite3，實現對各種不同數據采集器的控制和數據的采集；利用Linux系統中的Video4linux編程實現對現場的視頻監視；同時利用S3C2410的GPIO和中斷口設計的鍵盤能夠像PC鍵盤那樣方便的對用戶界面進行操作，整個系統完成數據的采集、傳輸、存儲、監視等功能。此系統不但減少了使用處理器的數量，而且采樣速率，采樣精度等都有比較大幅度的提高，同時通過實時的視頻監視還可以及時知道數據現場的情況，這些對復雜環境下的數據采集尤為有利。 本論文的重點是完成用戶界面的設計、鍵盤驅動及與Qt/E的鍵值映射、RS-485及I2C總線驅動和視頻監視的實現。本論文完成了整個數據采集系統的初步設計，在油氣田開采現場的數據采集中運行效果良好，雖功能尚待進一步完善，但具有一定的實用價值。
上傳時間： 2013-06-12
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