隨著信息技術和計算機技術的飛速發展，數字信號處理已經逐漸發展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現代技術，己經在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現技術對相關領域的發展具有深遠意義。另外，現場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程，為圖像壓縮系統的實現提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內容： (1)結合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統的測試平臺，對實現的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題完成了基于FPGA的數據采集器以及IIC總線的模數轉換器部分、通訊部分的電路設計。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數轉換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內用VHDL語言實現。通過上述設計實現了“準單片化”的模擬量和數字量的數據采集和處理。 所設計的數據采集器可以和結構類似的上位機通訊，本課題完成了在上位機中用VHDL語言實現的通信電路模塊。通過上述兩部分工作，將微處理器、數據存儲器、程序存儲器等數字邏輯電路均集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統。FPGA片外僅為模擬器件和開關量驅動芯片。FPGA內部的硬件電路采用VHDL語言編寫；MCU軟核工作所需要的程序采用C語言編寫。多臺數據采集器與服務器構成數據采集系統。服務器端軟件用VB開發，既可以將實時采集的數據以數字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。 由于數據采集器是所有自控類系統所必需的電路模塊，所以一個通用的片上系統設計可以解決各類系統的應用問題，達到“設計復用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設計的更加突出的優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。
上傳時間： 2013-07-12
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領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由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。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對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結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、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌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，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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SoC(System On a Chip)又稱為片上系統，是指將微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器（或片外存儲器接口）集成在單一芯片上。SoC產品不斷朝著體積小、功能強的方向發展，芯片內部整合越來越多的功能。ARM架構作為嵌入式系統流行的應用，其應用的擴展面臨軟件擴充的問題，而X86平臺上卻有很多軟件資源。若將已有的X86軟件移植到ARM平臺，則可以在一定程度上解決軟件擴充的問題。 本論文針對X86指令在ARM中兼容的應用，以智能手機的應用為例，提出了基于ARM嵌入式平臺，使用X86指令到ARM指令的二進制翻譯模塊，達到對X86指令的兼容。主要研究ARM公司的片上總線系統——AMBA AHB和AMBA APB片上總線標準。對Multi-layer總線結構進行研究，分析了Multi-layer AHB系統中使用的Bus Matrix模塊的結構，從Bus Matrix模塊的內部矩陣結構和系統架構兩方面針對系統的特點作出優化。 最后介紹了論文采用的事物級模型與Verilog HDL協同仿真的方法和系統的控制過程，通過仿真結果的比較，驗證了利用二進制翻譯模塊實現X86指令執行的可行性和優化后的架構較適合于X86翻譯系統的應用。
上傳時間： 2013-06-28
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嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適應應用系統，對功能，可靠性，成本，體積，功耗嚴格要求的專用計算機系統[1]。廣泛應用于軍事，信息家電，無線通信設備，消費類電子產品，移動計算平臺等諸多領域，是當今熱門的計算機開發技術。 隨著科學技術發展，人們生活水平提高，數字高清電視逐漸普及，在各大賣場，對銷售過程中展示設備也隨之提出了更高的要求。但據調查，在中國現有的高清播放系統普遍存在價格昂貴，損耗高，壽命短及外部接口少等缺陷，導致無法普及。 針對這一現狀，本課題設計了一種以嵌入式處理器ARM系列32位嵌入式EM8623芯片為硬件平臺，嵌入式實時操作系統uclinux為系統軟件平臺的高清播放系統。 ARM(Advanced RISC Machines)既是一種處理器架構，又是公司的名稱，該公司主要設計處理器架構，并將其技術授權給其他芯片廠商。該處理器架構具有外型小，性能高等特點，多用于便攜式通訊工具，多媒體數字式消費類儀器和嵌入式系統解決方案等領域。本課題在充分考慮系統實用性和開發成本的基礎上，采用EM8623芯片為CPU，片外擴展FLASH和SDRAM存儲器。 uclinux系統從Linux2.0/2.4內核派生而來，雖然是為了支持沒有MMU(虛擬內存管理單元)的處理器而設計，但保留了操作系統的所有特性，為硬件平臺更好地運行提供了保證，也降低了軟件設計復雜度，提高了系統的實時性和靈活性，縮短了開發周期。 該高清播放系統具有工作時間長，性能穩定等特點，采用面向對象和面向過程綜合編程方法，ASM，C，C++多種語言混合編程方式實現，使系統具有很高的健壯性和可擴展性。 基于ARM的高清播放系統在現場運行穩定可靠，達到了預期的效果和實際要求。而且由于該高清播放系統外接接口豐富(包括常見的HDMI，S-Video，VGA，YPbPr，YCbCr)，連接使用方便，所以具有很好的市場價值，可廣泛應用于電視銷售柜臺，化妝品展示柜臺，聯網廣告機等領域。
上傳時間： 2013-04-24
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現代信息技術的迅猛發展，使得圖像處理方面的研究與應用，尤其是實時圖像處理引起了更廣泛的關注。近年來，隨著嵌入式和DSP技術的不斷發展，數字信號處理領域的理論研究成果被逐漸應用到實際系統中，從而推動了新理論的產生和應用，對圖像處理等領域的技術發展起到了十分重要的作用。可見，研究如何將ARM和DSP雙處理器結構應用于實時圖像處理系統的新方法有著非常重要的理論價值和應用價值。本文主要研究內容如下： 1.分析了實時圖像處理領域的最新發展，得出了以ARM和DSP分別作為實時圖像處理系統核心的優勢和劣勢，結合本課題實時性，高效性和便攜性的特點，設計一個以ARM+DSP雙處理器為核心的通用實時圖像處理系統，并通過增加或裁剪可以廣泛應用于圖像處理和圖像識別領域。 2.掌紋識別技術是繼指紋識別和虹膜識別后人體生物特征識別領域中最新的研究方向，正處在不斷的研究和探索階段。在論文中，介紹了以ARM+DSP雙處理器為核心的通用實時圖像處理系統和掌紋識別技術相融合的實例，構成最基本的脫機掌紋識別系統，給出了系統的組成和運行的基本流程，實現最基本的識別功能，降低成本，提升實時掌紋識別系統的性能。 3.具體設計中，在對兩種系統組成方案經過比較后，選擇了基于TI公司的TMS320VC5470雙核處理器為核心，根據TMS320VC5470芯片的特點，對系統平臺的硬件原理進行設計，擴充了進行研究所需的片外RAM，ROM(Flash)，人機接口電路，外圍接口電路，仿真接口JTAG等。隨后根據原理圖所需器件，選擇相對應的封裝形式，設計8層印刷電路板，對BGA封裝形式芯片的扇出方式，布線規則以及高速數字電路與高速PCB設計中涉及的信號完整性問題予以重點研究，較好解決了高密度BGA封裝集成電路的布線及其電磁兼容性問題。除此之外，在軟件設計方面，討論了針對TMS320VC5470系統脫離主機開發環境成為獨立系統時雙核Bootload的實現、雙核間通訊及程序固化到FLASH中的方法。 本文所做的創新工作是將ARM和DSP有效的相結合，使他們在實時圖像處理系統中發揮各自的優勢，克服自身的劣勢，提升了實時圖像處理系統的性能，縮小了體積，節約了成本；并基于上述研究成果，將該ARM+DSP實時圖像處理系統和最新的掌紋識別的原理相結合，構成了手持式掌紋識別系統，對于實時掌紋識別技術的研究有著非常重要意義。
上傳時間： 2013-07-31
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領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由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。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對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結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、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌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，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-07-28
上傳用戶：hxy200501
隨著信息技術和計算機技術的飛速發展，數字信號處理已經逐漸發展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現代技術，己經在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現技術對相關領域的發展具有深遠意義。另外，現場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程，為圖像壓縮系統的實現提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內容： (1)結合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統的測試平臺，對實現的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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數字信號發生器是數字信號處理中不可缺少的調試設備。在某工程項目中，為了提供特殊信號，比如雷達信號，就需要設計專用的數字信號發生器，用以達到發送雷達信號的要求。在本文中提出了使用PCI接口的專用數字信號發生器方案。 該方案的目標是能夠采錄雷達信號，把信號發送到主機作為信號文件存儲起來，然后對這個信號文件進行航跡分離，得到需要的航跡信號文件。同時，信號發生器具有發送信號的功能，可以把不同形式的信號文件發送到檢測端口，用于設備調試。 在本文中系統設計主要分為硬件和軟件兩個方面來介紹： 硬件部分采用了FPGA邏輯設計加上外圍電路來實現的。在硬件設計中，最主要的是FPGA邏輯設計，包括9路主從SPI接口信號的邏輯控制，片外SDRAM的邏輯控制，PCI9054的邏輯控制，以及這些邏輯模塊間信號的同步、發送和接收。在這個過程中信號的方向是雙向的，所選用的芯片都具有雙向數據的功能。 在本文中軟件部分包括驅動軟件和應用軟件。驅動軟件采用PLXSDK驅動開發，通過控制PCI總線完成數據的采錄和發送。應用軟件中包括數據提取和數據發送，采用卡爾曼濾波器等方法。 通過實驗證明該方案完全滿足數據傳輸的要求，達到SPI傳輸的速度要求，能夠完成航跡提取，以及數據傳輸。
上傳時間： 2013-07-03
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H.264視頻編解碼標準以其高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等優點在數字電視廣播、網絡視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應用。提高H.264幀內預測的速度，對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此，論文在總結國內外相關研究的基礎上，針對H.264幀內預測的軟件實現具有運算量大、實時性差等缺點，提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結構的幀內預測算法的硬件實現。 論文在詳細闡述H.264幀內預測編碼技術的基礎上，分析了17種預測模式算法，通過Matlab仿真建模，直觀地給出了預測模式的預測效果，并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預測模式對編碼性能的影響，以此為根據對幀內預測模式進行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內預測系統的設計方案，將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉換模塊轉換成YCbCr圖像，存入片外SDRAM中，控制模塊負責讀寫數掘送入幀內預測模塊進行處理。幀內預測模塊中，采用一種并行結構的可配置處理單元，即先求和再移位最后限幅的電路結構，來計算各預測模式下的預測值，極大地減小了預測電路的復雜度。針對預測模式選擇算法，論文采用多模式并行運算的方法，即多個結構相同的殘差計算模塊，同時計算各種預測模式對應的SATD值，充分發揮FPGA高速并行處理的能力。其中Hadamard變換使用行列分離的變換方法，采用蝶形快速變換、流水線設計提高硬件的工作效率。最后，論文設計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預測模式。 整個幀內預測系統被劃分成多個功能模塊，采用層次化、模塊化的設計思想，并采用流水線結構和乒乓操作來提高系統的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設計，由Modelsim仿真和集成開發環境ISE9.1綜合。仿真與綜合結果表明，系統時鐘頻率最高達到106.7MHz。該設計在完成功能的基礎上，能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統進行了有益的探索，具有一定的實用價值。
上傳時間： 2013-07-21
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