H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到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測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，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)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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糾錯碼技術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碼，在線性分組碼中，它具有最強的糾錯能力，既能糾正隨機錯誤，也能糾正突發錯誤，在深空通信、移動通信、磁盤陣列、光存儲及數字視頻廣播(DVB)等系統中具有廣泛的應用。 DVD是一種高容量的存儲媒質。DVD技術的應用很廣泛，在數字技術中占有重要地位。DVD系統中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進行糾錯，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發階段具有安全、方便、可隨時修改設計等不可替代的優點，在電子系統中采用FPGA可以極大的提升硬件系統設計的靈活性，可靠性，同時提高硬件開發的速度和降低系統的成本。FPGA的固有優點使其得到越來越廣泛的應用，FPGA設計技術也被越來越多的設計人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實現方案，詳細分析了譯碼器的ME算法和改進BM算法的實現，針對ME算法提出了一種流水線結構的糾刪糾錯RS譯碼器實現方案，在譯碼器復雜度和延時上作了折衷，降低了譯碼器的復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行優化。這些技術的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設計并成功實現了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時間： 2013-07-20
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數字語音通信是當前信息產業中發展最快、普及面最廣的業務。語音信號壓縮編碼是數字語音信號處理的一個方面，它和通信領域聯系最為密切。在現有的語音編碼中，美國聯邦標準混合激勵線性預測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質量，具有廣闊的應用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數字信號處理和通信領域具有著獨特的優勢。現代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實現數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構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵線性預測聲碼器的研究與設計。首先介紹了語音編碼研究的發展狀況以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進行深入分析的基礎上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預測分析等關鍵模塊。 在Simulink環境下運用SignalCompiler對編解碼系統進行功能仿真，為了便于仿真，系統中沒有設計的模塊在Simulink中用數學模型代替，仿真結果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統編解碼后語音質量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統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。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗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的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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現場可編程門陣列器件(FPGA)是一種新型集成電路，可以將眾多的控制功能模塊集成為一體，具有集成度高、實用性強、高性價比、便于開發等優點，因而具有廣泛的應用前景。單相全橋逆變器是逆變器的一種基本拓撲結構，對它的研究可以為三相逆變器研究提供參考，因此對單相全橋逆變器的分析有著重要的意義。 本文研制了一種基于FPGA的SPWM數字控制器，并將其應用于單相逆變器進行了試驗研究。主要研究內容包括：SPWM數字控制系統軟件設計以及逆變器硬件電路設計，并對試驗中發現的問題進行了深入分析，提出了相應的解決方案和減小波形失真的措施。在硬件設計方面，首先對雙極性／單極性正弦脈寬調制技術進行分析，選用適合高頻設計的雙極性調制。其次，詳細分析死區效應，采用通過判斷輸出電壓電流之間的相位角預測橋臂電流極性方向，超前補償波形失真的方案。最后，采用電壓反饋實時檢測技術，對PWM進行動態調整。在控制系統軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統進行了功能劃分，完成了DDS標準正弦波發生器、三角波發生器、SPWM產生器以及加入死區補償的PWM發生器、電流極性判斷(零點判斷模塊和延時模塊)和反饋等模塊的設計。針對仿真和實驗中的毛刺現象，分析其產生機理，給出常用的解決措施，改進了系統性能。
上傳時間： 2013-07-06
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調制技術是一種恒包絡調制技術，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應用于衛星通信和移動通信領域。 論文以某型偵收設備中OQPSK解調器的全數字化為研究背景，設計并實現了基于FPGA的全數字OQPSK調制解調器，其中調制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數字OQPSK調制解調的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復、定時恢復等；完成了整個調制解調算法的MATLAB仿真。在此基礎上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發環境下設計并實現了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現。通過實際現場測試，實現了對所偵收信號的正確解調。論文還實現了解調器的百兆以太網接口，使得系統可以方便地將解調數據發送給計算機進行后續處理。
上傳時間： 2013-05-19
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現為目標，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結合CCSDS標準，在實現編碼器時，針對標準中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應解決方案；而在相應的譯碼器設計中，采用了FPGA設計中“自上而下”的設計方法，權衡硬件實現復雜度與處理時延等因素，優先考慮面積因素，提高元件的重復利用率和降低電路復雜度，來實現Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現過程。 然后，基于Verilog HDL 設計出12位固點數據的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設計的相同指標的浮點數據譯碼器進行性能比較，得到該設計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術結合流水線電路設計，將改進后的譯碼器與先前設計的譯碼器分別在ISE開發環境中針對目標器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了一種采用單片FPGA 芯片進行出租車計費器的設計方法，主要闡述如何使用新興的EDA 器件取代傳統的電子設計方法，利用FPGA 的可編程性，簡潔而又多變的設計方法，縮短了研發周期，同時使出租車計費器體積更小功能更強大。本設計不僅實現了出租車計費器所需的一些基本功能，同時考慮到出租車行業的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到設計中。主要包括采用了FPGA 芯片，使用VHDL 語言進行編程，使其具有了更強的移植性，更加利于產品升級；利用LCD 液晶顯示取代了傳統的LED顯示，使其在顯示時更靈活多變，可以按需要改變顯示內容而不拘泥于硬件； 靈活的計價標準設定使得油價波動等成本因數和出租車價格聯動成為可能； 同時也增加了統計功能、密碼設定、超速警報、路橋費等新的功能使得本設計更加具有實用價值。
上傳時間： 2013-08-02
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光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應用。同時隨著光纖水聽器的不斷發展，對水聲信號的檢測技術以及數字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現場可編程門陣列)實現光纖3×3耦合器解調算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術)技術和基于3×3光纖耦合器干涉的解調技術。PGC技術在解調過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調技術，文中對其解調原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結論部分提出了基于3×3耦合器解調的改良方案。 目前，光纖信號數字化解調的硬件實現采用DSP(Digital Signal Process，可編程數字信號處理器)信號處理機，與之相比，FPGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現的算法所應具備的特征；介紹了3×3耦合器解調算法中各個模塊的設計情況；分析了系統的工作情況，硬件的構造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現3×3耦合器解調算法。
上傳時間： 2013-07-03
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