MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，也是未來十年影響力最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。 本文以MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)為研究內(nèi)容，建立系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗(yàn)證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實(shí)現(xiàn)ASIC的前端設(shè)計(jì)。完成的主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用了自頂而下的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點(diǎn)，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實(shí)現(xiàn)了具體模塊的設(shè)計(jì)：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設(shè)計(jì)中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實(shí)現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時(shí)間；IQ、IDCT模塊采用流水的設(shè)計(jì)方法，減少數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)間：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊，針對模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算量大和訪問幀存儲(chǔ)器頻繁的特點(diǎn)，采用四個(gè)插值單元同時(shí)處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結(jié)構(gòu)等方法來加快運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結(jié)果和軟件結(jié)果的比較來驗(yàn)證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實(shí)現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗(yàn)證，取得了良好的解碼效果。 整個(gè)設(shè)計(jì)采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的原型驗(yàn)證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實(shí)際視頻碼流測試，本文設(shè)計(jì)可以達(dá)到MPEG-2視頻主類主級(jí)的實(shí)時(shí)解碼的技術(shù)要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-27
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質(zhì)、復(fù)雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場，不僅在互聯(lián)網(wǎng)上廣為流傳，而且在便攜式設(shè)備領(lǐng)域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實(shí)時(shí)性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗(yàn)證方法。 論文的主要貢獻(xiàn)如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關(guān)步驟，以減少緩沖區(qū)存儲(chǔ)單元的容量和訪存次數(shù)。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內(nèi)部的三個(gè)算法步驟融合在一起進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以省去存儲(chǔ)中間計(jì)算結(jié)果的緩存區(qū)單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續(xù)訪問公共緩存技術(shù)，合理規(guī)劃各計(jì)算子模塊的工作時(shí)序，將數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區(qū)特性，有效地減少數(shù)據(jù)計(jì)算量，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。 (3)設(shè)計(jì)了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設(shè)計(jì)RTL級(jí)電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發(fā)板為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內(nèi)的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個(gè)，寄存器共有4024個(gè)，系統(tǒng)頻率可達(dá)69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實(shí)時(shí)性要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質(zhì)良好。
上傳時(shí)間： 2013-07-01
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國家863項(xiàng)目“飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)FC通信卡研制”的任務(wù)是研究設(shè)計(jì)符合CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的FC通信卡。本課題是這個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)一步引伸，用于設(shè)計(jì)SCI串行通信接口，以實(shí)現(xiàn)環(huán)上多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的高速串行通信。 本文以此項(xiàng)目為背景，對基于FPGA的SCI串行通信接口進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)。論文先概述SCI協(xié)議，接著對SCI串行通信接口的兩個(gè)模塊：SCI節(jié)點(diǎn)模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。 SCI節(jié)模型包含Aurora收發(fā)模塊、中斷進(jìn)程、旁路FIFO、接受和發(fā)送存儲(chǔ)器、地址解碼、MUX。在SCI節(jié)點(diǎn)模型的實(shí)現(xiàn)上，利用FPGA內(nèi)嵌的RocketIO高速串行收發(fā)器實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實(shí)現(xiàn)了Aurora鏈路層協(xié)議；設(shè)計(jì)一個(gè)同步FIFO實(shí)現(xiàn)旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收存儲(chǔ)器；中斷進(jìn)程、地址解碼和多路復(fù)合分別在控制邏輯中實(shí)現(xiàn)。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個(gè)部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實(shí)現(xiàn)CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負(fù)責(zé)對PCI核進(jìn)行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信接口具體的內(nèi)部邏輯功能；并引入中斷機(jī)制來提高SCI通信接口與主機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的速率。 設(shè)計(jì)選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、綜合、布局布線，利用Modelsim進(jìn)行功能及時(shí)序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅(qū)動(dòng)程序，用VC++6.0編寫相應(yīng)的測試應(yīng)用程序。最后，將FPGA設(shè)計(jì)下載到FC通信卡中運(yùn)行，并利用ISE內(nèi)嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)行結(jié)果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進(jìn)一步完善的地方。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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自香農(nóng)先生于1948年開創(chuàng)信息論以來，經(jīng)過將近60年的發(fā)展，信道編碼技術(shù)已經(jīng)成為通信領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，各種編碼技術(shù)層出不窮。目前廣泛研究的低密度奇偶校驗(yàn)(LDCP)碼是由R.G.Gallager先生提出的一種具有逼近香農(nóng)限性能的優(yōu)秀糾錯(cuò)碼，并已在數(shù)字電視、無線通信、磁盤存儲(chǔ)等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。 目前數(shù)字電視已經(jīng)成為最熱門的話題之一，用手機(jī)看北京奧運(yùn)，已經(jīng)成為每一個(gè)中國人的夢想。最近兩年我國頒布了兩部與數(shù)字電視有關(guān)的通信標(biāo)準(zhǔn)，分別是數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)(DMB-TH)和移動(dòng)多媒體(CMMB)即俗稱的手機(jī)電視標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字電視正與每個(gè)人走得越來越近，我國預(yù)期在2015年全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視并停止模擬電視的播出。作為數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)之一的前向糾錯(cuò)碼技術(shù)已經(jīng)成為眾多科研單位的研究熱點(diǎn)，相應(yīng)的編解碼芯片更成為重中之重。在DMB-TH標(biāo)準(zhǔn)中用到了LDPC碼和BCH碼的級(jí)聯(lián)編碼方式，在CMMB標(biāo)準(zhǔn)中用到了LDPC碼和RS碼的級(jí)聯(lián)編碼方式，在DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中用到了LDPC碼和BCH碼的級(jí)聯(lián)編碼方式。 本論文以目前最重要的三個(gè)與數(shù)字電視相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)(DMB-TH)、手機(jī)電視標(biāo)準(zhǔn)(CMMB)以及數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB-S2)為切入點(diǎn)，深入研究它們的編碼方式，設(shè)計(jì)了這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼編碼器，并在FPGA上實(shí)現(xiàn)了前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的編碼芯片，實(shí)現(xiàn)了DMB-TH標(biāo)準(zhǔn)中0.4、0.6以及0.8三種碼率的復(fù)用。在研究CMMB標(biāo)準(zhǔn)中編碼器設(shè)計(jì)時(shí)，提出一種改進(jìn)的LU分解算法，該分解方式適合任意的H矩陣，具有一定的廣泛性。測試結(jié)果表明，芯片邏輯功能完全正確，速度和資源消耗均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有一定的商用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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同步技術(shù)在許多通訊系統(tǒng)中都是至關(guān)重要的，而WCDMA作為第三代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)之一，對其同步算法進(jìn)行研究是非常必要的。FPGA在許多硬件實(shí)現(xiàn)中充當(dāng)了很重要的角色，所以研究如何在FPGA上實(shí)現(xiàn)同步算法是非常具有實(shí)際意義的。 本文討論了三步小區(qū)搜索的算法，仿真了其性能，并且對如何進(jìn)行算法的FPGA移植展開了深入的討論。 本文對三步小區(qū)搜索的算法按照算法計(jì)算量和運(yùn)算速度的標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行了比較和討論，并以節(jié)省資源和運(yùn)行穩(wěn)定為前提進(jìn)行了FPGA移植。最終在主同步中提出了改進(jìn)型的PSC匹配濾波器算法，在FPGA上提出了采用指針型雙口RAM的實(shí)現(xiàn)方式；在輔同步中提出了改進(jìn)型PFHT算法并采用查表遍歷算法判決，在FPGA上提出了用綜合型邏輯方式來實(shí)現(xiàn)；在導(dǎo)頻同步中采用了移位寄存器式擾碼生成算法，并引入了計(jì)分制判決算法。 與以往的WCDMA同步的FPGA實(shí)現(xiàn)相比，本文提出的實(shí)現(xiàn)方案巧妙地利用了FPGA的并行運(yùn)算結(jié)構(gòu)，在XILINX的V4芯片上只用了500個(gè)slice就完成了整個(gè)小區(qū)搜索，最大限度地節(jié)省了資源，為小區(qū)搜索在FPGA中的模塊小型化提供了途徑。
上傳時(shí)間： 2013-08-05
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本文將高效數(shù)字調(diào)制方式QAM和軟件無線電技術(shù)相結(jié)合，在大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA上對16QAM算法實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現(xiàn)實(shí)意義。 論文對16QAM軟件實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)理論，帶通采樣理論、變速率數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)抽取內(nèi)插技術(shù)做了推導(dǎo)和分析；深入研究了軟件無線電核心技術(shù)數(shù)字下變頻原理和其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；對CIC、半帶等高效數(shù)字濾波器原理結(jié)構(gòu)和性能作了研究；16QAM調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自項(xiàng)向下設(shè)計(jì)思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環(huán)境下實(shí)現(xiàn)代碼輸入；對系統(tǒng)調(diào)試采用了算法仿真和在系統(tǒng)實(shí)測調(diào)試相結(jié)合方法。 論文首先對16QAM調(diào)制解調(diào)算法進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真，并對實(shí)現(xiàn)的各模塊的可行性仿真驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，完成了調(diào)制端16QAM信號(hào)的時(shí)鐘分頻模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、星座映射、8倍零值內(nèi)插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調(diào)器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實(shí)現(xiàn)了16QAM調(diào)制器；給出了中頻信號(hào)時(shí)域測試波形和頻譜圖。本系統(tǒng)在200KHz帶寬下實(shí)現(xiàn)了512Kbps的高速數(shù)據(jù)數(shù)率傳輸。論文還對增強(qiáng)型數(shù)字鎖相環(huán)EPLL的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和性能分析。
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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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)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動(dòng)化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計(jì)技術(shù)，深入分析了基于FFT級(jí)聯(lián)的信道估計(jì)理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計(jì)理論，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計(jì)算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗(yàn)證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺(tái)。在此平臺(tái)上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進(jìn)行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評(píng)價(jià)OFDM系統(tǒng)在多個(gè)方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個(gè)模塊進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點(diǎn)運(yùn)算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)并自定義了24位的浮點(diǎn)運(yùn)算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運(yùn)算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運(yùn)算精度；然后重點(diǎn)描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進(jìn)、優(yōu)化和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)算空閑時(shí)間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計(jì)方案，使之運(yùn)用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當(dāng)中并加以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個(gè)OFDM的基帶處理系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計(jì)的可行性。 綜上所述，本文完成了一個(gè)基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)為OFDM通信系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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本文介紹了一種采用單片F(xiàn)PGA 芯片進(jìn)行出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)方法，主要闡述如何使用新興的EDA 器件取代傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法，利用FPGA 的可編程性，簡潔而又多變的設(shè)計(jì)方法，縮短了研發(fā)周期，同時(shí)使出租車計(jì)費(fèi)器體積更小功能更強(qiáng)大。本設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了出租車計(jì)費(fèi)器所需的一些基本功能，同時(shí)考慮到出租車行業(yè)的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到設(shè)計(jì)中。主要包括采用了FPGA 芯片，使用VHDL 語言進(jìn)行編程，使其具有了更強(qiáng)的移植性，更加利于產(chǎn)品升級(jí)；利用LCD 液晶顯示取代了傳統(tǒng)的LED顯示，使其在顯示時(shí)更靈活多變，可以按需要改變顯示內(nèi)容而不拘泥于硬件； 靈活的計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定使得油價(jià)波動(dòng)等成本因數(shù)和出租車價(jià)格聯(lián)動(dòng)成為可能； 同時(shí)也增加了統(tǒng)計(jì)功能、密碼設(shè)定、超速警報(bào)、路橋費(fèi)等新的功能使得本設(shè)計(jì)更加具有實(shí)用價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 出租車計(jì)費(fèi)器
上傳時(shí)間： 2013-05-25
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制技術(shù)是一種恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信領(lǐng)域。 論文以某型偵收設(shè)備中OQPSK解調(diào)器的全數(shù)字化為研究背景，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)器，其中調(diào)制器主要用于仿真未知信號(hào)，作為測試信號(hào)源。論文研究了全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復(fù)、定時(shí)恢復(fù)等；完成了整個(gè)調(diào)制解調(diào)算法的MATLAB仿真。在此基礎(chǔ)上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了各個(gè)算法模塊，并在硬件平臺(tái)上加以實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)際現(xiàn)場測試，實(shí)現(xiàn)了對所偵收信號(hào)的正確解調(diào)。論文還實(shí)現(xiàn)了解調(diào)器的百兆以太網(wǎng)接口，使得系統(tǒng)可以方便地將解調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。
上傳時(shí)間： 2013-06-30
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LM339 四比較器功能應(yīng)用LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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