本文以Turbo碼譯碼器的FPGA實現為目標，對Turbo碼的迭代譯碼算法及用硬件語言實現其譯碼算法進行了深入研究。 本文首先在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了深入的研究，并用C語言對其MAP譯碼算法進行了驗證仿真，接著就Turbo碼MAP算法的衍生算法即LOG_MAP和MAX_LOG_MAP算法用C程序做了仿真和測試。隨后本文就一些對MAP譯碼性能起著重要影響的參數也用C程序做了仿真對比。 最后，考慮到硬件實現的簡化，MAX-Log-MAP算法成為了本文的硬件實現方案。本文采用了模塊化設計，在對各個模塊進行設計的基礎上提出了一些改進的方案，對Turbo碼編碼器設計中的同步問題進行了改進，對分塊并行Turbo碼譯碼算法的硬件實現進行了研究。在設計中綜合運用了“自頂向下”和“自下而上”的設計方去，通過功能模塊分割，合理設置系統參數，并通過模塊之間的參數傳遞，使Turbo碼編譯碼器具有較好的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準，其優良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應用領域。JPEG2000算法非常復雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內存開銷，因而通過對JPEG2000算法進行優化并采用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部內容，對加快編碼速度從而擴展其應用領域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內容，其一是JPEG2000算術編碼器算法的研究與硬件設計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優化算法的設計。在研究算術編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態機和二級流水線技術，并在不影響關鍵路徑的情況下通過對算術編碼步驟優化采用硬件描述語言對算術編碼器進行了設計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設計的復雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結合率失真理論建立了算法的數學模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數學模型的實現流程，找出影響算法效率的關鍵路徑。在對算法優化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優化算法在增加少量系統資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產生更少的失真。
上傳時間： 2013-07-13
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JPEG2000是新一代圖像壓縮標準,JPEG2000與傳統JPEG最大的不同,在于它放棄了JPEG所采用的以離散余弦變換(Discrete Cosine Transform)為主的區塊編碼方式,而采用以小波轉換(Wavelet Transform)為主的多解析編碼方式.離散小波變換算法是現代譜分析工具,在圖像處理與圖像分析領域正得到越來越廣泛的應用.由于JPEG2000標準具有復雜的算法,全部用軟件來實現將會占用很大的處理器時間開銷和內存開銷,尤其對于實時圖像傳輸和處理系統,因而用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部,就具有重要的意義,本課題的目的就是用硬件電路來實現JPEG2000標準中的離散小波變換部分,論文研究的主要工作就是設計了一個符合JPEG2000標準的、高性能的多級二維離散小波變換的硬件電路.論文研究的內容主要分為兩部分,第一部分首先分析了JPEG2000標準和離散小波變換的原理,重點研究了離散小波變換的快速算法,包括第一代小波變換所采用的卷積算法和第二代小波變換所采用的提升算法,然后具體分析了離散小波變換在JPEG2000中的具體實現.論文第二部分對兩種離散小波變換快速算法的硬件實現進行了比較,并選擇卷積濾波算法作為硬件實現的對象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具體設計了離散小波變換的各個模塊,所有的模塊都是有硬件描述語言(Verilog HDL)來實現,經過仿真和邏輯綜合,在一塊自行設計的FPGA開發板上進行了驗證.仿真和驗證的結果表明了該小波變換的硬件電路符合JPEG2000標準,具有較高的速度和信噪比.
上傳時間： 2013-04-24
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最新的研究進展是OFDM的出現，并且在2000年出現了第一個采用此技術的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數據速率，因此可以預想在第四代系統中也將使用此技術。 寬帶應用和高速率數據傳輸是OFDM調制/多址技術通信系統的重要特征之一。作者通過參與國家863計劃項目“OFDM通信系統”一年以來的研發工作，對OFDM通信系統及相關技術有了深入的理解，積累了大量實際經驗，并在相關工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關于寬帶自適應均衡技術的研究在近年來也引起了廣泛的關注。它是補償信道畸變的重要的技術之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發與調試工作，基于單片FPGA實現了均衡部分；此外，作者在頻域自適應均衡算法方面也取得了一些理論成果。 本文的主體部分就是根據上述工作的內容展開的。 首先介紹了本課題相關技術的發展情況，主要包括：OFDM系統的技術原理、技術優勢、歷史和現狀，均衡技術的特點和發展等。末尾敘述了本課題的來源和研究意義，并簡介了作者的主要工作和貢獻。確定將WSSUS分布和瑞利衰落作為本文研究的信道模型。主要分析了常用的時域均衡器，均是單載波非擴頻數字調制中常用到的均衡器和均衡算法，為接下來的進一步研究作理論參考。 接著，論述了均衡必須用到的信道估計技術。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數學上進行了較深入的研究，建立系統模型，并據此推導了三種頻域均衡的算法：頻域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，頻域線性內插。采用WSSUS信道模型進行了計算機仿真，得出了采用這些均衡算法在不同條件下的性能曲線。并且系統地、有重點地對該方案的原理和實質進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復雜度和能達到的性能，并且結合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設計了無線局域網OFDM系統的設計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統為例，把研究成果引入到實際的整個系統中來看。結合具體的系統指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統實現頻域自適應均衡的方法，主要給出了設計方法、時序仿真結果和處理速度估值等；并結合最新的FPGA發展動態和特點，對基于FPGA實現其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結，并指出了仍有待深入研究的幾個問題。
上傳時間： 2013-04-24
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統向高速率和大容量擴展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統中，由PMD引起的脈沖畸變現象更加嚴重。為了克服PMD帶來的危害，國內外已經開始了對PMD補償的研究。但是目前的補償系統復雜、成本高且補償效果不理想，因此采用前向糾錯(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實現低成本的PMD補償。 在實驗中將擾偏器連入光時分復用系統，通過觀察其工作前后的脈沖波形，發現擾偏器的應用改善了系統的性能。隨著系統速率的提高，對擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場上擾偏器的速率無法滿足160Gb/s光傳輸系統要求。通過對偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅動偏振控制器的方法來實現高速擾偏器的設計。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應時間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統擾偏時，這個速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補鈮酸鋰偏振控制器速率低的問題。通過對幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產生隨機數據，FPGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實現大量數據的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發揮DSP和FPGA各自的優勢。另外對數模轉換芯片也要求響應速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設計。在QuartusⅡ集成環境中進行FPGA的開發，使用VHDL語言和原理圖輸入法進行電路設計。 本文設計的偏振擾偏器在高速控制電路的驅動下，可以實現大量的數據處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應用于160Gb/s光通信系統中進行PMD補償。
上傳時間： 2013-04-24
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現代自動化生產技術迅猛發展,對保證其產品質量的檢測技術也提出了更高的要求,許多傳統的檢測手段已不能滿足現代化大生產的需求.而在計算機視覺理論基礎上發展起來的視覺檢測技術以其高精度、非接觸、自動化程度高等優點滿足了現代生產過程在線檢測的要求,逐漸由實驗室走向工業現場,得到了日益廣泛的應用.隨著現代生產節拍的不斷加快,以及檢測節點的增多,處理數據量的增大,對視覺檢測系統的測量速度提出了更高的要求,而在現有的檢測系統中,實現100％實時在線檢測的關鍵問題是提高視覺圖像的處理速度,從而提高整個視覺檢測系統的處理速度.因此該文提出基于FPGA的高速圖像處理系統的設計方案,得到了國家"十五"攻關項目"光學數碼柔性通用坐標測量機"的資助.該文針對以下三個方面進行研究并取得一定的成果:(一)高速圖像處理硬件解決方案的研究通過分析現有的幾種實現高速圖像處理的方法的優缺點,提出了基于現場可編程邏輯器件FPGA(Field Programmable Gate Array)技術的高速圖像處理系統的方案,并構建了其硬件平臺.(二)基于USB總線的通訊采用USB專用接口芯片,實現高速圖像處理系統與PC機的通訊驗證硬件設計的正確性.(三)基于FPGA的圖像處理的研究分析圖像處理的特點及其基本的方法,初步研究了基于FPGA的圖像低層次處理的硬件化方法的實現.
上傳時間： 2013-04-24
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摘要:"紅外弱小目標檢測"是紅外搜索跟蹤系統、紅外雷達預警系統、紅外成像跟蹤系統的核心技術,因此紅外小目標的檢測是當前一項重要的研究課題.目前的發展方向是研究運算量小、性能高、利于硬件實時實現的檢測和跟蹤算法.該文在前人研究的基礎上,著重研究了Marr視覺計算理論在紅外小目標檢測技術中的應用.從Marr算法的理論基礎——高斯平滑濾波器與拉普拉斯算子的相關知識以及Marr的計算視覺理論基礎開始,進行了 2G(Laplacian of Gaussian,高斯—拉普拉斯)濾波器、LoG(Laplacian ofGaussian,高斯—拉普拉斯)模板以及 2G濾波器在人類視覺、邊緣檢測、邊緣處理的物理意義以及神經生理學意義方面的分析討論,提出了易于FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)實現的基于Marr計算視覺的紅外圖像小目標檢測方法.該方法可根據目標大小自動設計檢測模板,在濾除不相關的噪聲的同時又保留閉合的目標邊緣,從而檢測出目標.將該方法用FPGA實現,滿足了檢測過程中的實時性.考慮到工程中的應用,該文對該方法在FPGA中的具體實現給出了設計總體思路和詳細流程.由于FPGA具有對圖像數據的實時處理能力,而且該算法在FPGA中的具體實現中對資源的合理使用進行了綜合考慮,因此該算法能夠實時、有效地實現目標檢測.并在此基礎上對小目標的檢測研究前景進行展望.
上傳時間： 2013-07-04
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大規模可編程邏輯器件CPLD和FPGA是當今應用最廣泛的兩類可編程專用集成電路(ASIC),電子設計工程師用它可以在辦公室或實驗室里設計出所需的專用集成電路,從而大大縮短了產品上市時間,降低了開發成本.此外,可編程邏輯器件還具有靜態可重復編程和動態系統重構的特性,使得硬件的功能可以象軟件一樣通過編程來修改,這樣就極大地提高了電子系統設計的靈活性和通用性.該設計完成了在一片可編程邏輯器件上開發簡易計算機的設計任務,將單片機與單片機外圍電路集成化,能夠輸入指令、執行指令、輸出結果,具有在電子系統中應用的普遍意義,另外,也可以用于計算機組成原理的教學試驗.該文第一章簡要介紹了可編程ASIC和EDA技術的歷史、現狀、未來并對本課題作了簡要陳述.第二章在芯片設計的兩種輸入法即原理圖輸入法和HDL輸入法之間做出比較,決定選用HDL輸入法.第三章描述了具體的設計過程和設計手段,首先將簡易計算機劃分為運算器、CPU控制器、存儲器、鍵盤接口和顯示接口以及系統控制器,然后再往下分為下層子模塊.輸入法的語言使用的是Verilog HDL,鑒于篇幅所限,源代碼部分不在論文之中.第四章對設計的綜合與實現做了總結,給出了時序仿真波形圖.該文針對FPGA和RISC這兩大課題,對RISC在FPGA上的實現進行了初淺的探索與嘗試.從計算機體系結構入手,剖析了精簡指令集計算機的原理,通過該設計的實踐對ASIC和EDA的設計潛力有了更進一步的領悟.
上傳時間： 2013-05-21
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傳統PLC使用時會出現一些問題，如程序死循環、程序跑飛、需要龐大的編譯系統作支持和不能實現精確位置控制等等；而發展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現場集成技術，用FPGA來實現PLC的功能，拋棄傳統PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創新概念，指出了其優越性能的結構基礎； 2.系統分析了用HardPLC實現控制系統時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統的控制實現，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統的PLC控制系統，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數據的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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遙測系統由發射機、發射天線、接收天線、接收機組成.就遙測發射系統而言,傳統的模擬調制已經很成熟,模擬發射機是利用調制信號的變化來控制變容二極管的結電容容值的變化,從而改變壓控振蕩器的震蕩頻率來實現調頻;模擬調制碼速率、調制頻偏都受變容二極管特性的限制,模擬調制功能單一、調制方式不可重組、單個系統調制頻率不可改變,無法滿足頻率多變的需求;隨著高速器件和軟件無線電技術的發展,數字調制發射機具有調制中心頻率可調、頻偏可編程、調制方式可重組、調制碼速率高、可實現較高的頻響、可以與編碼器合并擴展功能很強等優點,成為今后發射機的發展主流.本論文討論了如何利用現場可編程器件FPGA結合Max+plusⅡ及VHDL語言,在遙測系統中實現了DDS+PLL+SSB模式的數字調制發射機.數字發射機設計主要包括方案選擇、系統設計、硬件電路實現及VHDL設計四個部分.論文中首先分析了目前遙測系統中使用的模擬調制發射機的不足及數字調制發射機的優點,確定了發射機的設計方案;第二章介紹了電子設計自動化工具及數字電路設計方法;第三章詳細討論了組成發射機的各個部分的原理設計;第四章著重討論了各個部分的硬件電路實現、VHDL實現部分及設計的測試結果;最后總結了設計中需要進一步研究的問題.
上傳時間： 2013-04-24
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