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目前,以互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,正快速地向包括數(shù)據(jù)、語音、圖像的綜合寬帶多媒體方向發(fā)展,構(gòu)建寬帶化、大容量、全業(yè)務(wù)、智能化的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)已成為大勢所趨.寬帶無線接入(BWA)憑借其組網(wǎng)快速靈活、運營維護方便及成本較低等競爭優(yōu)勢,迅速成為市場熱點,各種微波、無線通信領(lǐng)域的先進手段和方法不斷引入,各種寬帶無線接入技術(shù)迅速涌現(xiàn).由于BWA要用于非視距傳輸,所以必須考慮無線信道的多經(jīng)效應(yīng).而OFDM技術(shù)憑借著魯棒的對抗頻率選擇性衰落能力和極高頻譜效率引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視.其基本思想是把調(diào)制在單載波上的高速串行數(shù)據(jù)流,分成多路低速的數(shù)據(jù)流,調(diào)制到多個正交載波上并行傳輸,這樣在傳輸時,雖然整個信道是頻率選擇性衰落,但是各個子信道卻是平坦衰落,有效對抗了多經(jīng)效應(yīng),同時由于各個子載波是正交的,極大提高了頻譜效率.可以預(yù)料的是,隨著通信系統(tǒng)將向基于IPv6核心網(wǎng)的全IP包的傳輸方向發(fā)展,越來越多的通信系統(tǒng)將具有"突發(fā)模式"的特征.本文關(guān)注的正是突發(fā)OFDM系統(tǒng)接收機設(shè)計和實現(xiàn).由于IEEE 802.11a無線局域網(wǎng)是OFDM技術(shù)第一次真正的應(yīng)用于突發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)了面向IP的無線寬帶傳輸,所以基于IEEE 802.11a的突發(fā)OFDM系統(tǒng)有著重要的借鑒和研究價值,本文也正是圍繞著這個中心而展開.本文的各章節(jié)安排如下:在第一章中主要介紹OFDM的技術(shù)原理和在寬帶無線接入中的應(yīng)用,同時引出本文所關(guān)注的突發(fā)OFDM接收機設(shè)計.在第二章中先介紹了相干接收和信道估計的概念,重點分析了本文所采用的WLAN信道模型和信道估計算法,然后在得到同步誤差表達式的基礎(chǔ)上,先用星座圖直觀的表現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中各種同步誤差的影響,再從信噪比損失的角度對符種同步誤差進行分析.第三章是本文的重點之一,在本章中對基于IEEE 802.11a的各種同步算法包括幀檢測和符號定時、載波同步和采樣時鐘同步進行仿真和比較,并針對適合FPGA實現(xiàn)的同步算法進行了重點的分析.第四章也是本文的重點之一,提出了整個OFDM系統(tǒng)平臺的硬件結(jié)構(gòu)和基于IEEE 802.11a的接收機FPGA設(shè)計方案,然后從整體上介紹了接收機的實現(xiàn)結(jié)構(gòu),并給出了接收機各個模塊的具體設(shè)計,最后對整個系統(tǒng)調(diào)試過程和測試結(jié)果進行了分析.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應(yīng)用與服務(wù)越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復(fù)雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔(dān)的運算量最大、控制最為復(fù)雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設(shè)計。 本文的目的是在FPGA芯片上設(shè)計實現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實現(xiàn)的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術(shù)指標(biāo)，介紹了運動估計技術(shù)在MPEG-4中的應(yīng)用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎(chǔ)上討論了一種性能和硬件實現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進行了改進，設(shè)計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對其理論分析之后，對實現(xiàn)該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設(shè)計、實現(xiàn)與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現(xiàn)后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結(jié)果可知本文設(shè)計的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現(xiàn)二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結(jié)果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設(shè)計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進性和實時可實現(xiàn)性。
上傳時間： 2013-05-27
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預(yù)測，該領(lǐng)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(shù)由于其獨特的可靠性，穩(wěn)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(shù)是生物識別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。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(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)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(tǒng)硬件設(shè)計方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設(shè)計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結(jié)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(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)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(shè)計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-28
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它具有頻譜利用率高、抗多徑能力強等特點，在寬帶無線多媒體通信領(lǐng)域中受到了廣泛的關(guān)注。 OFDM系統(tǒng)可分為連續(xù)工作模式和突發(fā)工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等無線局域網(wǎng)標(biāo)準中采用了OFDM的突發(fā)工作模式，該模式下的接收機首先對符合某種特定格式的幀做出檢測。本文介紹了一種基于最小錯誤概率準則的幀檢測算法，提出了該算法的FPGA實現(xiàn)方案。 同步技術(shù)是OFDM最關(guān)鍵的技術(shù)之一，它包括載波頻率同步和符號同步。載波頻率同步是為了糾正接收端相對于發(fā)送端的載波頻率偏移，以保證子載波間的正交性；符號同步確定OFDM符號有用數(shù)據(jù)信息的開始時刻，也就是確定FFT窗的開始時刻。本文首先介紹了一種基于自相關(guān)的載波頻率同步算法，給出了它的FPGA實現(xiàn)方案，重點講述了其中用到的Cordic算法及其實現(xiàn)；然后介紹了分別基于互相關(guān)和自相關(guān)的兩種符號同步算法，給出了各自的FPGA實現(xiàn)方案，從實現(xiàn)的角度比較了兩種算法的優(yōu)缺點，并且在FPGA設(shè)計中體現(xiàn)了面積復(fù)用和流水線操作的設(shè)計思想。 文章最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試的情況，總結(jié)出一種ChipScopePro與Matlab相結(jié)合的調(diào)試方法，該方法在FPGA調(diào)試方面具有一定的通用性。
上傳時間： 2013-07-16
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本文主要研究Turbo碼的編碼和譯碼算法及其FPGA硬件實現(xiàn).在概述信道編碼理論及其發(fā)展歷程之后,簡要地論述了Turbo碼的原理.然后分別對Turbo碼的MAP譯碼算法,LOG-MAP算法進行推導(dǎo),在給出LOG-MAP的推導(dǎo)之后,提出了對于LOG-MAP譯碼算法的兩點改進,采用三階牛頓插值函數(shù)對校驗函數(shù)進行擬合,采用雙滑動窗口技術(shù)取代傳統(tǒng)的單滑動窗口技術(shù).Turb碼還有一種譯碼復(fù)雜度相對較低的算法——SOVA算法,本文也給出了SOVA算法的詳細推導(dǎo)過程.在對LOG-MAP和SOVA算法的詳細推導(dǎo)之后,本文給出Turbo碼的軟件仿真,采用Matlab語言編寫Turbo碼仿真系統(tǒng)程序,仿真系統(tǒng)比較了單滑動窗口技術(shù)和雙滑動窗口技術(shù)在不同的信噪比下的譯碼性能.在軟件仿真的基礎(chǔ)上,本文給出了Turbo碼編碼器和采用LOG-MAP譯碼算法譯碼器的FPGA硬件實現(xiàn)方法.
上傳時間： 2013-06-19
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小波變換是一種新興的理論，是數(shù)學(xué)發(fā)展史上的重要成果。它無論對數(shù)學(xué)還是對工程應(yīng)用都產(chǎn)生了深遠的影響。最新的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。 本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎(chǔ)，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數(shù)簡單、易于硬件實現(xiàn)，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結(jié)果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設(shè)計了二維離散小波變換的硬件結(jié)構(gòu)。設(shè)計過程中對標(biāo)準二維小波變換做了優(yōu)化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優(yōu)化設(shè)計。對于邊界數(shù)據(jù)的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術(shù)，不需要額外的緩存，節(jié)約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統(tǒng)一起來，只要一個控制信號就可實現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。本文所提出的結(jié)構(gòu)采用基于行的變換方式，只需要六行中間數(shù)據(jù)即可完成全部行數(shù)據(jù)的小波變換。采用流水線技術(shù)提高了整個設(shè)計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。 在完成硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，使用Verilog硬件描述語言對整個設(shè)計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設(shè)計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發(fā)軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現(xiàn)，結(jié)果表明，本設(shè)計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。
上傳時間： 2013-07-25
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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手，研究了AES算法的設(shè)計原則、數(shù)學(xué)知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點，對AES算法進行了優(yōu)化設(shè)計，提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個方面進行優(yōu)化的方法，在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運算、列混合運算和解密模塊中的逆列混合運算中原來的復(fù)雜的運算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設(shè)計；在密鑰擴展上的優(yōu)化設(shè)計是采用內(nèi)部擴展，即在進行每一輪的運算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴展與加/解密運算并行執(zhí)行；加密和解密優(yōu)化設(shè)計是將輪函數(shù)查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節(jié)省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設(shè)計，基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境，提出了AES實現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現(xiàn)方案以及測試方案，總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則，在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進行了實現(xiàn)，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應(yīng)用編譯器的優(yōu)化選項和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法，使算法具有較高的加密速度。
標(biāo)簽： ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-04-24
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語音編碼技術(shù)始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸?shù)囊粋€重要環(huán)節(jié)，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯(lián)合開發(fā)的，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復(fù)雜度以便于實時實現(xiàn)。因其具有良好的合成語音質(zhì)量、適中的復(fù)雜度、較低的時延等優(yōu)點，G729A標(biāo)準已被廣泛應(yīng)用在VOIP網(wǎng)關(guān)、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)勢，對G729A語音編碼中的線性預(yù)測(LP)濾波器系數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發(fā)展進行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術(shù)。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了研究，分析了在QuartusII開發(fā)平臺上進行FPGA設(shè)計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統(tǒng)的LP分析部分做了具體設(shè)計，其中包括自相關(guān)函數(shù)和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進行了詳細的分析。第四，針對系統(tǒng)所使用的除法運算都是商小于1的特點，設(shè)計并實現(xiàn)了一個系統(tǒng)專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標(biāo)芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統(tǒng)進行了驗證，證明了方案的可行性。
標(biāo)簽： G729A FPGA 語音編解碼 算法研究
上傳時間： 2013-04-24
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GPS技術(shù)在導(dǎo)航、定位及精確打擊等方面產(chǎn)生了重要影響，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種武器平臺上。但是，在干擾環(huán)境下也顯現(xiàn)出許多問題。由于其到達地球表面的信號極其微弱(-160dBW)，在現(xiàn)在復(fù)雜的電磁環(huán)境中容易受到干擾，尤其是C/A碼信號更易受到干擾，并且隨著導(dǎo)航戰(zhàn)的發(fā)展對GPS的抗干擾已成為爭取導(dǎo)航資源的有效措施。因此，研究干擾環(huán)境下的GPS接收機設(shè)計具有重要意義。 本文首先簡要介紹了GPS信號的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成，通過對GPS信號特征以及接收機抗干擾能力的分析，結(jié)合干擾對接收機的作用方式及效果，確定GPS最易受的干擾類型為阻塞式干擾，然后針對這種干擾類型提出了一種有效的抗干擾技術(shù)-----自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)。接下來，著重研究了GPS接收機在此抗干擾技術(shù)前提下的若干抗干擾方法，并對其進行了詳細的分析和討論。 研究過程中，通過對最佳化準則和空域自適應(yīng)濾波的理解，首先對不同天線陣列結(jié)構(gòu)進行了性能仿真和比較分析，然后在對稱圓形天線陣列的基礎(chǔ)上對空域自適應(yīng)算法進行了仿真分析，針對其自由度有限的問題接著對空時濾波方法做了詳細討論，在7元對稱圓形陣列的基礎(chǔ)上仿真說明了二者各自的優(yōu)缺點。考慮到實際的干擾環(huán)境和本課題研究的初期階段，因此選用了適合本課題干擾環(huán)境的空域濾波方法，并對其自適應(yīng)算法進行了適當(dāng)?shù)母倪M，使得其抗干擾性能獲得了一定程度的改善。 最后，詳細說明了該接收機抗干擾模塊的FPGA實現(xiàn)原理。詳細給出了頂層及各子模塊的設(shè)計流程與RTL視圖，實驗結(jié)果驗證了該算法的有效性。
上傳時間： 2013-06-03
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H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標(biāo)準化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標(biāo)準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標(biāo)準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標(biāo)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應(yīng)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(yīng)算術(shù)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(biāo)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(shè)計上的困難。 作者在全面學(xué)習(xí)H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎(chǔ)上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結(jié)構(gòu)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(shè)計，這些優(yōu)化設(shè)計包括多參考塊的表格預(yù)測法、快速查找表法、算術(shù)消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設(shè)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(chǔ)。
上傳時間： 2013-06-04
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