人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后，以其獨特的方便、經濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統的重要環節—人臉檢測，隨著研究的深入和應用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景，發展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發展，它的功能、應用和可靠性逐漸增加，在各個行業也顯現出自身的優勢。FPGA允許用戶根據自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設計方法的靈活性降低了整個系統的開發成本，FPGA 設計成為電子自動化設計行業不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結基于FPGA上的嵌入式系統設計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統在基于Xilinx的Virtex II Pro開發板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統成本、開發時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數據通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數據位進行操作它提取指數和尾數，然后對尾數執行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯分類器的訓練，提出可以迅速提高分類能力、特征數量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電DDC(數字下變頻)系統作為前端ADC與后端通用DSP器件之間的橋梁，通過降低數據流的速率，把低速數據送給后端通用DSP器件進行處理，其性能的優劣將對整個軟件無線電系統的穩定性產生直接影響。采用專用DDC芯片完成數字下變頻，雖然具有抽取比大、性能穩定等優點，但價格昂貴，靈活性不強，不能充分體現軟件無線電的優勢。FPGA工藝發展迅速，處理能力大大增強，相對于ASIC、DSP來說具有吞吐量高、開發周期短、可實現在線重構等諸多優勢。正因為這些優點，使得FPGA在軟件無線電的研究和開發中起著越來越重要的作用。 本次設計的目標是在一塊FPGA芯片上實現單通道數字下變頻系統。現階段主要對軟件無線電數字下變頻器的FPGA實現方法進行了研究分析，重點完成了其主要模塊的設計和仿真以及初步的系統級驗證。 論文首先對軟件無線電數字下變頻的國內外現狀進行了分析，然后對FPGA實現數字下變頻設計的優勢作了闡述。在對軟件無線電理論基礎、數字信號處理的相關知識深入研究的基礎上重點研究軟件無線電數字下變頻技術。對數字下變頻的NCO、混頻、CIC、HB、FIR模塊的實現方法進行深入研究，在：MATLAB中設定整體系統方案、完成模塊劃分和接口定義，并對部分模塊建立數學模型并仿真、對模塊的性能進行優化。從數字下變頻的系統層次上考慮了各模塊彼此問的性能制約，從而選擇合理配置、優化系統結構以獲得模塊間的性能均衡和系統性能的最優化。最后通過使用編寫'Verilog程序和調用部分lP Core相結合的方法完成數字下變頻各個模塊的設計并完成仿真和調試。結果表明設計的思想和結構是正確的，在下一步工作中主要完成系統的板級調試。
上傳時間： 2013-04-24
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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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隨著現代計算機技術、微電子技術的進一步結合和發展，可編程邏輯技術已成為當前電子設計領域中最具活力和發展前途的技術。通過采用FPGA/EDA技術，對通信卡的PCI接口、E1接口、外部邏輯電路進行集成，并利用目前通用計算機強大的數字信息處理能力，可大大簡化CTI硬件的設計，降低制造成本，提高系統可靠性。 據此，本論文提出了基于FPGA/EDA技術的PCI-E1接口設計方法，文中對PCI總線接口、E1接口及兩接口的互連等相關技術進行了深入分析，對各功能模塊和系統進行了VHDL建模與仿真。 同時，論文還介紹了基于ALTERACyclone系列FPGA芯片的PCI-E1接口硬件平臺的設計原理和基于DriverWorks的WDM驅動程序的設計方法。 本論文涉及的軟件、硬件系統已經開發、調試完成。測試結果表明：1、論文所研究的PCI接口(主/從設備)在進行配置讀/寫、I/O讀寫、存儲器讀寫及總線的猝發數據傳送等操作中，各項性能符合PCI2.3規范的要求。 2、論文所研究的E1接口支持成幀和不成幀兩種傳輸方式：在成幀模式下，信息的有效傳送速率為31×64Kbit/s；在不成幀的模式下，信息的有效傳送速率為2.048Mbit/s。E1輸出口各項參數符合CCITT相關規范要求。 3、論文所研究的PCI-E1接口在與現網設備、模塊的對接測試中，性能穩定。基于本論文的產品已經正式發布。國內部分廠家已對該產品進行了多方面的綜合測試，并計劃將其應用到實際的生產和研究中。 本論文對于CTI硬件的設計是一項嘗試和革新。測試和應用證明該方法行之有效，符合設計目標，具有較廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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本文應用EDA技術，基于FPGA器件設計與實現UART，并采用CRC校驗。主要工作如下： 1、在異步串行通信電路部分完全用FPGA來實現。選用Xilinx公司的SpartanⅢ系列的XC3S1000來實現異步串行通信的接收、發送和接口控制功能，利用FPGA集成度比較高，具有在線可編程能力，在其完成各種功能的同時，完全可以將串行通信接口構建其中，可根據實際需求分配資源。 2、利用VerilogHDL語言非常容易掌握，功能比VHDL更強大的特點，可以在設計時不斷修改程序，來適用不同規模的應用，而且采用Verilog輸入法與工藝性無關，利用系統設計時對芯片的要求，施加不同的約束條件，即可設計出實際電路。 3、利用ModelSim仿真工具對程序進行功能仿真和時序仿真，以驗證設計是否能獲得所期望的功能，確定設計程序配置到邏輯芯片之后是否可以運行，以及程序在目標器件中的時序關系。 4、為保證數據傳輸的正確性，采用循環冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)，該編碼簡單，誤判概率低，為了減少硬件成本，降低硬件設計的復雜度，本設計通過CRC算法軟件實現。 實驗結果表明，基于EDA技術的現場可編程門陣列FPGA集成度高，結構靈活，設計方法多樣，開發周期短，調試方便，修改容易，采用FPGA較好地實現了串行數據的通信功能，并對數據作了一定的處理，本設計中為CRC校驗。另外，可以利用FPGA的在線可編程特性，對本設計電路進行功能擴展，以滿足更高的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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多普勒計程儀是根據聲波在水中的多普勒效應原理而制成的一種精密測速和計算航程的儀器，它是船用導航設備的重要組成之一。針對于多普勒計程儀的核心問題——頻率估計，本文提出了一種基于FPGA實現的多普勒測頻方案，它具有抗干擾能力強、運算速度快等特點。本論文主要是圍繞系統的測頻方案的設計與實現展開的。 本文主要研究工作包括：設計和調試基于FPGA的多普勒測頻系統的硬件電路；通過對測頻算法的研究，采用VHDL語言設計和實現系統的測頻算法和其它接口控制程序，并通過軟件仿真，測試設計的正確性。 測頻系統的硬件電路設計是本論文工作的主要部分之一，也是基于FPGA的多普勒測頻系統的核心部分。整個系統以FPGA作為主處理器，完成系統中所有的數字信號處理和外圍接口控制，同時，基于FPGA豐富的片內可編程邏輯資源和外部I/O資源，系統還擴展了豐富的通信接口(UART、USB和以太網接口)和顯示電路(LCD和LED)，使系統便于與PC機進行數據交換和控制。 系統的軟件實現是本文工作的另一重要部分。本文通過對測頻算法的研究，完成了基于VHDL實現的過零檢測法和FFT算法，同時也實現了對接收機信號的自動增益控制、信號采集和與計算機的通信功能等。
上傳時間： 2013-04-24
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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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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統)系統中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統工作的主要因素。隨著區域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環節一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現手段，設計完成了一個數字化的雷達原始信號實時采集與處理系統。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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在圖像處理及檢測系統中，實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上，應用嵌入式系統設計和圖像處理技術，以交通信息視頻檢測系統為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用，通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術，針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端，并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2．應用模塊化的硬件設計方法，構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題，并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優缺點的基礎上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現結構圖，應用VHDL硬件描述語言編程、實現，仿真結果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50％，更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度，增強了檢測系統的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術，在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構，用VHDL語言實現，并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟，針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像，方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術，針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現，仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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