H.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標(biāo)準(zhǔn)，采用了近幾年視頻編碼方面的先進(jìn)技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 本文以實(shí)現(xiàn)D1格式的H.264/AVC實(shí)時(shí)編碼器為目標(biāo)，作者負(fù)責(zé)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復(fù)雜度的評估，算法特點(diǎn)的分析，同時(shí)考慮到編碼器系統(tǒng)的可伸縮性，可擴(kuò)展性，本文采用了DSP+FPGA的系統(tǒng)架構(gòu)。DSP充當(dāng)核心處理器，而FPGA作為協(xié)處理器，針對編碼器中最復(fù)雜耗時(shí)的模塊一運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實(shí)時(shí)性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償混合編碼方案，其中一個(gè)主要的不同在于幀間預(yù)測采用了可變塊尺寸的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)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(yù)測，可以改善運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度，提高圖像質(zhì)量和編碼效率，但同時(shí)也大大增加了編碼器的復(fù)雜度，因此需要設(shè)計(jì)專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運(yùn)動(dòng)估計(jì)基于FPGA的硬件算法設(shè)計(jì)與實(shí)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(shè)計(jì)中，將多處理器技術(shù)和流水線技術(shù)相結(jié)合，提供高性能的并行計(jì)算能力，同時(shí)，采用合理的存儲器組織結(jié)構(gòu)以提供高數(shù)據(jù)吞吐量，滿足運(yùn)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(gè)設(shè)計(jì)的RTL級的仿真驗(yàn)證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進(jìn)行優(yōu)化，從而使工作頻率最終達(dá)到134MHz，分析數(shù)據(jù)表明該模塊能夠滿足編碼器的實(shí)時(shí)性要求。
標(biāo)簽： DSPFPGA H264 264 AVC
上傳時(shí)間： 2013-07-24
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糾錯(cuò)碼技術(shù)是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯(cuò)碼，在線性分組碼中，它具有最強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，既能糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，也能糾正突發(fā)錯(cuò)誤，在深空通信、移動(dòng)通信、磁盤陣列、光存儲及數(shù)字視頻廣播(DVB)等系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。 DVD是一種高容量的存儲媒質(zhì)。DVD技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，在數(shù)字技術(shù)中占有重要地位。DVD系統(tǒng)中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進(jìn)行糾錯(cuò)，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發(fā)階段具有安全、方便、可隨時(shí)修改設(shè)計(jì)等不可替代的優(yōu)點(diǎn)，在電子系統(tǒng)中采用FPGA可以極大的提升硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，可靠性，同時(shí)提高硬件開發(fā)的速度和降低系統(tǒng)的成本。FPGA的固有優(yōu)點(diǎn)使其得到越來越廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)技術(shù)也被越來越多的設(shè)計(jì)人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)分析了譯碼器的ME算法和改進(jìn)BM算法的實(shí)現(xiàn)，針對ME算法提出了一種流水線結(jié)構(gòu)的糾刪糾錯(cuò)RS譯碼器實(shí)現(xiàn)方案，在譯碼器復(fù)雜度和延時(shí)上作了折衷，降低了譯碼器的復(fù)雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對編譯碼電路進(jìn)行優(yōu)化。這些技術(shù)的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節(jié)省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設(shè)計(jì)并成功實(shí)現(xiàn)了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時(shí)間： 2013-07-20
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域。目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細(xì)且相位連續(xù)的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數(shù)字通信領(lǐng)域。 本論文是利用FPGA完成一個(gè)DDS系統(tǒng)。DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個(gè)典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括：相位累加器，可在時(shí)鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實(shí)現(xiàn))；DA轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。 本文根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，進(jìn)行了DDS系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，包括DDS系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)，相位控制字和頻率控字的設(shè)計(jì)，以及軟件和硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于利用FPGA改進(jìn)設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(tǒng)(相位累加器和數(shù)據(jù)存儲器)，以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(D/A轉(zhuǎn)換器和濾波器)的設(shè)計(jì)。介紹了利用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)數(shù)控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了DDS技術(shù)在FPGA中的實(shí)現(xiàn)方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進(jìn)行直接數(shù)字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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直接數(shù)字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術(shù)，其數(shù)字結(jié)構(gòu)滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的許多要求，因而得到了迅速的發(fā)展。現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)的出現(xiàn)，改變了現(xiàn)代電子數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提供了一種全新的設(shè)計(jì)模式。本論文結(jié)合這兩項(xiàng)技術(shù)，并利用單片機(jī)控制靈活的特點(diǎn)，開發(fā)了一種雙通道波形發(fā)生器。在實(shí)現(xiàn)過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機(jī)作為控制芯片。本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA芯片的設(shè)計(jì)和與控制芯片的接口設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，本文利用Altera的設(shè)計(jì)工具Quartus Ⅱ并結(jié)合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地?cái)⑹隽擞肊P1C6Q240C8完成DDS模塊的設(shè)計(jì)過程，這是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。接著分析了整個(gè)設(shè)計(jì)中應(yīng)處理的問題，根據(jù)設(shè)計(jì)原理就功能上進(jìn)行了劃分，將整個(gè)儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)。然后就這三個(gè)部分分別詳細(xì)地進(jìn)行了闡述。并且通過系列實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)地分析了該波形發(fā)生器的功能、性能、實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，結(jié)合在設(shè)計(jì)中的一些心得體會，提出了本設(shè)計(jì)中的一些不足和改進(jìn)意見。通過實(shí)驗(yàn)說明，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定的要求，并證明了采用軟硬件結(jié)合，利用FPGA實(shí)現(xiàn)基于DDS架構(gòu)的雙路波形發(fā)生器是可行的。
標(biāo)簽： FPGA DDS 雙通道 波形發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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數(shù)字語音通信是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、普及面最廣的業(yè)務(wù)。語音信號壓縮編碼是數(shù)字語音信號處理的一個(gè)方面，它和通信領(lǐng)域聯(lián)系最為密切。在現(xiàn)有的語音編碼中，美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)混合激勵(lì)線性預(yù)測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數(shù)字信號處理和通信領(lǐng)域具有著獨(dú)特的優(yōu)勢。現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA一般都內(nèi)嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構(gòu)成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵(lì)線性預(yù)測聲碼器的研究與設(shè)計(jì)。首先介紹了語音編碼研究的發(fā)展?fàn)顩r以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實(shí)現(xiàn)過程，最后本文把重點(diǎn)放在MELP聲碼器的編解碼器設(shè)計(jì)上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設(shè)計(jì)了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預(yù)測分析等關(guān)鍵模塊。 在Simulink環(huán)境下運(yùn)用SignalCompiler對編解碼系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真，為了便于仿真，系統(tǒng)中沒有設(shè)計(jì)的模塊在Simulink中用數(shù)學(xué)模型代替，仿真結(jié)果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統(tǒng)編解碼后語音質(zhì)量基本良好。
上傳時(shí)間： 2013-06-02
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實(shí)現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，同時(shí)大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動(dòng)領(lǐng)域，DC/DC變換器由于其開關(guān)頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專用控制芯片實(shí)現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點(diǎn)，近年來在數(shù)字控制領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設(shè)計(jì)及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實(shí)現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關(guān)電源，提出并分析了混雜模型設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進(jìn)行仿真研究。浮點(diǎn)仿真的運(yùn)算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點(diǎn)仿真方法，得到了滿意的仿真結(jié)果。論文還著重論述了開關(guān)電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個(gè)主要功能模塊組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補(bǔ)償器。文中重點(diǎn)研究了DPWM和數(shù)字補(bǔ)償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關(guān)系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設(shè)計(jì)了兩種數(shù)字補(bǔ)償器，并進(jìn)行了分析比較，選擇了合適的補(bǔ)償算法，達(dá)到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設(shè)計(jì)完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進(jìn)行了FPGA實(shí)現(xiàn)的前、后仿真，驗(yàn)證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設(shè)計(jì)，采用32MHz的硬件晶振實(shí)現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開關(guān)頻率達(dá)到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
標(biāo)簽： FPGA DCDC 高頻 數(shù)字
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構(gòu)建方法；詳細(xì)說明了如何運(yùn)用EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計(jì)方法，來實(shí)現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報(bào)警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時(shí)，本論文詳細(xì)闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個(gè)系統(tǒng)的測試流程和測試結(jié)果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點(diǎn)和性能的同時(shí)，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設(shè)計(jì)完成的狀態(tài)機(jī)控制器分別實(shí)現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實(shí)現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實(shí)現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術(shù)解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設(shè)計(jì)，所有算法完全由硬件電路來實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時(shí)由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計(jì)需要更改時(shí)，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計(jì)下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進(jìn)也極其方便。
上傳時(shí)間： 2013-06-19
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基于AD9833的高精度可編程波形發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計(jì):介紹一種基于AD9833的高精度可編程波形發(fā)生器系統(tǒng)解決方案，該系統(tǒng)具有可編程設(shè)置、波形頻率和峰峰值等功能，從而解決DDS輸出波形峰峰值不能直接
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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，作為測試信號源。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。
標(biāo)簽： OQPSK FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進(jìn)行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結(jié)合CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)編碼器時(shí)，針對標(biāo)準(zhǔn)中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機(jī)序列模塊與幀同步模塊，提出了相應(yīng)解決方案；而在相應(yīng)的譯碼器設(shè)計(jì)中，采用了FPGA設(shè)計(jì)中“自上而下”的設(shè)計(jì)方法，權(quán)衡硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與處理時(shí)延等因素，優(yōu)先考慮面積因素，提高元件的重復(fù)利用率和降低電路復(fù)雜度，來實(shí)現(xiàn)Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個(gè)系統(tǒng)分割成不同的功能模塊，分別闡述了實(shí)現(xiàn)過程。 然后，基于Verilog HDL 設(shè)計(jì)出12位固點(diǎn)數(shù)據(jù)的Turbo編譯碼器以及仿真驗(yàn)證平臺，與用Matlab語言設(shè)計(jì)的相同指標(biāo)的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)譯碼器進(jìn)行性能比較，得到該設(shè)計(jì)的功能驗(yàn)證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項(xiàng)最新技術(shù)，如滑動(dòng)窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術(shù)結(jié)合流水線電路設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的譯碼器與先前設(shè)計(jì)的譯碼器分別在ISE開發(fā)環(huán)境中針對目標(biāo)器件xilinx Virtex-Ⅱ500進(jìn)行電路綜合，證實(shí)了這些改進(jìn)技術(shù)能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時(shí)延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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