本文以“機車車輛輪對動態檢測裝置”為研究背景，以改進提升裝置性能為目標，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標準的基本系統。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發板作為硬件平臺，在開發工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。 數據采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進行數字化，然后從數據流中提取有效數據，加以適當裁剪，最后將奇偶場圖像數據合并成幀，存儲到存儲器中。數字化及碼流產生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設置、控制，并對數字化后的數據進行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據JPEG標準基本系統順序編碼模式，在FPGA上實現了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實際的圖像數據塊對系統進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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目前的國內的CCD高清攝相頭能夠輸出一組視頻信號和數字圖像信號，雖然視頻信號能夠直接在監視器顯示，但是輸出的數字圖像信號占用存儲空間太大，不便于進行傳輸。本文設計了一種基于FPGA的數字圖像壓縮卡。 在過去的十幾年中，國際標準化組織制訂了一系列的國際視頻編碼標準并廣泛應用到各種領域。It.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。 新發展的H．264/AVC比原有的視頻編碼標準大幅度提高了編碼效率，但其運算復雜度也大大增加，本文簡要分析了H．264/AVC的復雜度及其優化的途徑，給出了主要模塊的優化算法實驗結果。 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，主要不同有：增強的運動預測能力，準確匹配的較小塊變換，自適應環內濾波器，增強的熵編碼。測試結果表明這些新特征使H．264/AVC編碼器提高50％編碼效率的同時，增加了一個數量級的復雜度。實際中恰當地使用H．264/AVC編碼工具可以較低的實現復雜度得到與復雜配置相當的編碼效率。故實際編碼系統開發需要在運算復雜性和編碼效率之間進行折衷、兼顧考慮。H．264/AVC引入的新編碼特征既增加基本模塊的復雜度，也成倍增加算法的復雜度。針對它們的作用和實現方法的不同，可采用不同的硬件實現方法。本文基于上述思路進行優化，具體的工作包括：針對去塊濾波的復雜性，本文提出一種適合硬件實現的算法，使其在節省了資源的同時，很好的達到了標準所定義的性能。針對變換量化的復雜性，本文提出一種既滿足整體的硬件流水結構，又極大的降低了硬件資源的實現方法。針對碼率控制的實現，本文提出了一種有別于傳統實現方式的算法，在保證實時性的同時，極大的提高了編碼器的性能。本文基于上述算法還進行Baseline Profile編碼器的研究，給出了一種實時編碼器結構，實現了對高清圖像格式(720P)的實時編碼，并將其和當前業界先進水平進行了對比，表明本文所實現得結構能夠達到當前業界的先進水平。
上傳時間： 2013-07-23
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圖像增強技術是數字圖像處理領域中的一項重要內容，隨著數字圖像處理應用領域的不斷擴大，快速、實時圖像處理技術成為研究的熱點。超大規模集成電路技術的飛速發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構和基于查找表的獨特結構等優點使得在數字信號處理領域的應用持續上升。國內外，越來越多的實時圖像處理應用逐漸轉向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強技術研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內直接對像素灰度值進行運算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實現。FPGA可以靈活地實現并行、實時處理圖像數據，正是利用這一特點，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強處理系統設計。該系統采用SOPC技術，完成圖像增強處理。文中給出了系統設計思路，并分析了該系統的結構及功能實現，說明了系統實現過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設計方法構造圖像增強處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強模塊進行電路描述，并進行設計優化、仿真，在生成系統配置文件后加載到FPGA上進行板級調試。完成了基于FPGA的圖像增強算法模塊的設計，重點設計實現了點運算增強處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進行了改進設計實現，采用FPGA完成了對圖像增強算法的硬件加速。
上傳時間： 2013-06-16
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文中簡單闡述了紅外輻射機理，論述了紅外焦平面陣列技術的發展狀況。紅外成像系統，尤其是紅外焦平面陣列，由于探測器材料和制造工藝的原因，各像素點之間的靈敏度存在差別，甚至存在一些缺陷點，各個探測單元特征參數不完全一致，因而存在著較大的非均勻性，降低了圖像的分辨率，影響了紅外成像系統的有效作用距離。實時非均勻性校正是提高和改善紅外圖像質量的一項重要技術。 論文建立了描述其非均勻性的數學模型，分析了紅外焦平面陣列非均勻性產生的原因及特點，討論了幾種常用的非均勻性校正的方法，指出了其各自的優缺點和適應場合。 根據紅外探測器光譜響應的特點和基于參考源的兩點溫度非均勻性校正理論，采用FPGA+DSP實現紅外成像系統實時非均勻性兩點校正，設計完成了相應的紅外焦平面陣列非均勻性校正硬件電路。對該系統中各個模塊的功能及電路實現進行了詳細的描述，并給出了相應的結構框圖。同時給出了該圖像處理器的部分軟件流程圖。該方法動態范圍大而且處理速度快，適用于紅外成像系統實時的圖像處理場合。實踐表明，該方案取得了較為滿意的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體編碼技術的發展，視頻壓縮標準在很多領域都得到了成功應用，如視頻會議(H.263)、DVD(MPEG-2)、機頂盒(MPEG-2)等等，而網絡帶寬的不斷提升和高效視頻壓縮技術的發展使人們逐漸把關注的焦點轉移到了寬帶網絡數字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸的業務上來。帶寬的增加為流式媒體的發展鋪平了道路，而高效的視頻壓縮標準的出臺則是流媒體技術發展的關鍵。H.264/AVC是由國際電信聯合會和國際標準化組織共同發展的下一代視頻壓縮標準之一。新標準中采用了新的視頻壓縮技術，如多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數DCT變換、變塊尺寸運動補償、基于上下文的二元算術編碼(CABAC)、基于上下文的變長編碼(CAVLC)等等，這些技術的采用大大提高了視頻壓縮的效率，更有利于寬帶網絡數字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸的業務的實現。 本文主要根據視頻會議應用的需要對JM8.6代碼進行優化，目標是實現基于Baseline的低復雜度的CIF編碼器，并對部分功能模塊進行電路設計。在設計方法上采用自頂向下的設計方法，首先對H.264編碼器的C代碼和算法進行優化，并對優化后的結果進行測試比較，結果顯示在圖像質量沒有明顯降低的情況下，H.264編碼器編碼CIF格式視頻每秒達到15幀以上，滿足了視頻會議應用的實時性要求。然后，以C模型為參考對H.264編碼器的部分功能模塊電路進行設計。采用Verilog HDL實現了這些模塊，并在Quartus Ⅱ中進行了綜合、仿真、驗證。主要完成了Zig-zag掃描和CAVLC模塊的設計，詳細說明模塊的工作原理和過程，然后進行多組的仿真測試，結果與C模型相應部分的結果一致，證明了設計的正確性。
上傳時間： 2013-06-11
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主要講述靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈 沖群、雷擊浪涌、由射頻場引起的傳導干擾、工頻磁場、 電壓跌落和衰減振蕩波等八項抗擾度試驗，其中前七項試 驗在通用抗擾度標準中已經見到；后一項試驗（衰減振蕩 波抗擾度試驗）則在電力系統設備的抗擾度試驗中經常可 以見到。考慮到國內在引進生產家用電器的企業中經常采 用的高頻噪聲模擬器，本章予以補充介紹。此外，汽車工 業在我國的迅速發展，拉動了與之配套的汽車電子與電器 行業的迅速發展。對后者的質量控制與檢測問題便成為業 內人士所關注的一個熱點。
上傳時間： 2013-05-24
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經成功地應用于許多難優化問題，現已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現遺傳算法能夠充分發揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。 本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析，結合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設計了標準遺傳算法硬件框架；為了進一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究，討論了其各自的優缺點及研究現狀，并在此基礎上提出一種適合硬件實現的粗粒度并行遺傳算法。 我們構建的基于FPGA構架的標準遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實現各模塊功能。經過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數的優化問題，給出了實驗結果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調用。 最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數優化中的一些尚待解決的問題進行了討論，并對本課題未來的研究進行了展望。
上傳時間： 2013-07-22
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 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，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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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
上傳用戶：ABCD_ABCD
遺傳算法是一種基于自然選擇原理的優化算法，在很多領域有著廣泛的應用。但是，遺傳算法使用計算機軟件實現時，會隨著問題復雜度和求解精度要求的提高，產生很大的計算延時，這種計算的延時限制了遺傳算法在很多實時性要求較高場合的應用。為了提升運行速度，可以使用FPGA作為硬件平臺，設計數字系統完成遺傳算法。和軟件實現相比，硬件實現盡管在實時性和并行性方面具有很大優勢，但同時會導致系統的靈活性不足、通用性不強。本文針對上述矛盾，使用基于功能的模塊化思想，將基于FPGA的遺傳算法硬件平臺劃分成兩類模塊：系統功能模塊和算子功能模塊。針對不同問題，可以在保持系統功能模塊不變的前提下，選擇不同的遺傳算子功能模塊完成所需要的優化運算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平臺，使用VerilogHDL語言實現了偽隨機數發生模塊、隨機數接口模塊、存儲器接口/控制模塊和系統控制模塊等系統功能模塊，以及基本位交叉算子模塊、PMX交叉算子模塊、基本位變異算子模塊、交換變異算子模塊和逆轉變異算子模塊等遺傳算法功能模塊，構建了系統功能構架和遺傳算子庫。該設計方法不僅使遺傳算法平臺在解決問題時具有更高的靈活性和通用性，而且維持了系統架構的穩定。本文設計了多峰值、不連續、不可導函數的極值問題和16座城市的旅行商問題 (TSP)對遺傳算法硬件平臺進行了測試。根據測試結果，該硬件平臺表現良好，所求取的最優解誤差均在1％以內。相對于軟件實現，該系統在求解一些復雜問題時，速度可以提高2個數量級。最后，本文使用FPGA實現了粗粒度并行遺傳算法模型，并用于 TSP問題的求解。將硬件平臺的運行速度在上述基礎上提高了近1倍，取得了顯著的效果。關鍵詞：遺傳算法，硬件實現，并行設計，FPGA，TSP
上傳時間： 2013-06-15
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