隨著數(shù)字圖像處理的應用領域不斷擴大,實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心,并實現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用了自頂向下的設計方案,先把系統(tǒng)分成了三大塊,即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮,然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先,利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制,因為SAA7111A是采用IC總線模塊,從而完成了對SAA7111A的控制,并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數(shù)據(jù)模塊、總線管理模塊等,實現(xiàn)把標準的模擬視頻信號轉換成數(shù)字視頻信號并采集的功能。 其次,在了解PCI規(guī)范的前提下,深入地分析了PCI時序和地址配置空間等,設計了簡化邏輯的狀態(tài)機,并用VHDL硬件描述語言設計了程序,完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現(xiàn),達到了一33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度、支持猝發(fā)傳輸?shù)腜CI從設備模塊的接口功能,與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來實現(xiàn)的PCI接口比較來看,更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源,降低了成本,增加了設計的靈活性。 再次,設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成,當然每個方法都有自己的特點,對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后,本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統(tǒng)端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等,用VC++語言編寫了驅動程序。 最后,考慮到增加系統(tǒng)的實用性和完備性,還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后,再額外地把采集來的視頻數(shù)據(jù)通過另一路數(shù)據(jù)通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統(tǒng)中,這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的,同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口,使壓縮后的數(shù)據(jù)存儲到硬盤中。
上傳時間: 2013-06-01
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自適應濾波器是智能天線技術中核心部分-自適應波束成形器的關鍵技術,算法的高效穩(wěn)定性及硬件時鐘速率的快慢是判斷波束成形器性能優(yōu)劣的主要標準。 首先選取工程領域最常用的自適應橫向LMS濾波算法作為研究對象,提出了利用最小均方誤差意義下自適應濾波器的輸出信號與主通道噪聲信號的等效關系,得到濾波器最佳自適應參數(shù)的方法。并分析了在平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境噪聲下,濾波器的收斂速度、權系數(shù)穩(wěn)定性、跟蹤輸入信號的能力和信噪比的改善等特性。 在分析梯度自適應格型算法的基礎上,提出利用最佳反射系數(shù)的收斂性和穩(wěn)定性,得到了梯度自適應格型濾波器的定步長改進方法;并以改進的梯度自適應格型和線性組合器組成梯度自適應格型聯(lián)合處理算法,在同樣環(huán)境噪聲下,相比自適應橫向LMS算法,其各項性能指標都得到了極大地改善,而且有利于節(jié)省硬件資源。 設計了自適應橫向LMS濾波器和梯度自適應格型聯(lián)合處理濾波器的電路模型,并用馳豫超前技術對兩類濾波器進行了流水線優(yōu)化。利用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C5T144C6芯片和多種EDA工具,完成了濾波器的FPGA硬件設計與仿真實現(xiàn)。并以FPGA實現(xiàn)的3節(jié)梯度自適應格型聯(lián)合處理器為核心,設計了一種TD-SCDMA系統(tǒng)的自適應波束成形器,分析表明可以很好地利用系統(tǒng)提供的參考信號對下行波束進行自適應成形。
上傳時間: 2013-07-16
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提出通過對分塊圖像的DCT 系數(shù)進行動態(tài)范圍壓縮來改進傳統(tǒng)的基于DCT 變換的圖像自嵌入水印算法,并結合灰度變換函數(shù)與JPEG 標準量化表重新設計了DCT 系數(shù)碼長分配表,大幅度提升了量化過程保留的圖
上傳時間: 2013-07-28
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三維彩色信息獲取系統(tǒng)目的是獲取對象的三維空間坐標和顏色信息。它是計算機視覺研究的重要內容,也是當前信息科學研究中的一個重要熱點。 本文首先介紹了三維信息獲取技術的意義和實時可重構三維激光彩色信息獲取系統(tǒng)總體方案。該方案合理劃分了系統(tǒng)的圖像處理任務,充分地利用了擁有的硬、軟件資源。闡述了基于FPGA處理器的硬件系統(tǒng)結構及其工作原理和系統(tǒng)工作時序。 本文還研究了圖像處理系統(tǒng)中的數(shù)字邏輯設計,總結出了較完整、規(guī)范化的設計流程和方法,介紹了從圖像處理算法到可編程邏輯器件的規(guī)范化映射方法,總結了在視頻系統(tǒng)中的高級設計技巧,包括并行流水線技術和循環(huán)結構的硬件實現(xiàn)方式等。 為了說明提出的設計方法,本文分析了基于自適應閾值的結構光條紋中心的方向模板快速檢測算法的硬件實現(xiàn)。該算法是把自適應閾值法與可變方向模板法相結合,具有穩(wěn)定性好、精度高、計算簡單、數(shù)據(jù)存儲量小、實現(xiàn)速度快的特點,此外,該方法有利于硬件快速實現(xiàn)。實踐證明這種方法是實用的、有效的。 本文的重點在于研制了具有完全自主知識產權的實時可重構三維激光彩色信息獲取系統(tǒng)中視頻圖像處理專用集成電路。該集成電路是實現(xiàn)系統(tǒng)快速算法的核心,使用現(xiàn)場可編程器FPGA器件EPlK50實現(xiàn)提取激光線、提取人頭輪廓線和提取中心顏色線算法;該集成電路還要實現(xiàn)系統(tǒng)所需的控制邏輯。控制部分包括將視頻采集輸出端口信號轉化為RGB真彩色信號的數(shù)據(jù)鎖存模塊、各FIFO緩存器的輸入輸出控制模塊和系統(tǒng)需要的其它信號控制模塊。提出提取輪廓線快速算法,即由FPGA處理器與主機交互式共同快速完成提取人頭正側影輪廓線算法。該專用集成電路研制是整個實時可重構三維激光彩色信息獲取系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵。
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上傳時間: 2013-07-23
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段,處理的是像素,主要的特點是數(shù)據(jù)的吞吐量大,對實時系統(tǒng)來說轉換的速度是一個關鍵的因素,人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統(tǒng)的方法是用更快的處理器,并行算法或專用硬件。隨著數(shù)字技術的發(fā)展,尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發(fā)展,提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發(fā)展,當前的FPGA芯片已經能夠運算各種圖形算法,而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此,F(xiàn)PGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面: 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法,改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式,減少紋理尋址的計算量,提高紋理存儲的相關性。詳細內容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法的硬件實現(xiàn)方案,該方案針對移動設備對功耗和面積的要求,以及分辨率不高的特點,在參數(shù)空間到紋理地址的計算中用定點數(shù)來實現(xiàn)。詳細內容請閱讀第四章。 3、實現(xiàn)了紋理映射流水線單元紋理地址產生電路,及紋理濾波電路的FPGA設計,并給出設計的綜合和仿真結果。詳細內容請閱讀第五章4、實現(xiàn)了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數(shù)量,用Wallace對部分積進行壓縮;乘累加器采用multiply-add fused算法,對關鍵路徑進行了優(yōu)化;除法器為基于改進型泰勒級數(shù)展開的查找表結構實現(xiàn),查找表尺寸只有208字節(jié),電路為固定時延,在電路尺寸、延時及復雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間: 2013-04-24
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回波消除器廣泛應用于公用電話交換網(PSTN)、移動通信系統(tǒng)和視頻電話會議系統(tǒng)等多種語音通信領域。在PSTN系統(tǒng)中,由于線路阻抗不匹配,遠端語音信號通過混合線圈時產生一定泄漏,一部分信號又傳回遠端,產生線路回波,回波的存在會嚴重影響語音通信質量。本文主要針對線路回波進行研究,設計并實現(xiàn)了滿足實用要求的基于FPGA平臺的回波消除器。 首先,對回波產生原理和目前幾種常用回波消除算法進行了分析,在研究自適應回波消除器的各個模塊,特別是深入分析各種自適應濾波算法和雙講檢測算法,綜合考慮各種算法的運算復雜度和性能的情況下,這里采用NLMS算法實現(xiàn)自適應回波消除器。針對傳統(tǒng)雙講檢測算法在近端語音幅度較低情況下容易產生誤判的情況,給出一種基于子帶濾波器組的改進雙講檢測算法。 本文首先使用C語言實現(xiàn)回波消除器的各個模塊,其中包括自適應濾波器、遠端檢測、雙講檢測、非線性處理和舒適噪聲產生模塊。經過仿真測試,相關模塊算法能夠有效提高回波消除器性能。在此基礎上,本文使用硬件描述語言Veillog HDL,在QuartusⅡ和ModelSim軟件平臺上實現(xiàn)各功能模塊,并通過模塊級和系統(tǒng)級功能仿真以及時序仿真驗證,最終在現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Arrav,F(xiàn)PGA)平臺上實現(xiàn)回波消除系統(tǒng)。本文詳細闡述了基于FPGA的設計流程與設計方法,并描述了自適應濾波器、基于分布式算法FIR濾波器、除法器和有限狀態(tài)機的設計過程。 根據(jù)ITU-T G.168標準提出的測試要求,本文塒基于FPGA設計實現(xiàn)的自適應回波消除系統(tǒng)進行大量主客觀測試。經過測試,各項性能指標均達到或超過G.168標準的要求,具有良好的回波消除效果。
上傳時間: 2013-06-18
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無線局域網是計算機網絡技術和無線通信技術相結合的產物,是利用無線媒介傳輸信息的計算機網絡。在無線通信信道中,由于多徑時延不可避免地存在符號間干擾,正交頻分復用(OFDM)作為一種可以有效對抗符號間干擾(ISI)和提高頻譜利用率的高速傳輸技術,引起了廣泛關注。在無線局域網(WLAN)系統(tǒng)中,OFDM調制技術已經被采用作為其物理層標準,并且公認為是下一代無線通信系統(tǒng)中的核心技術。基于IEEE802.11a的無線局域網標準的物理層采用了OFDM技術,能有效的對抗多徑信道衰落,達到54Mbps的速度,而未來而的IEEE802.11n將達到100Mbps的高速。因此,研發(fā)以OFDM為核心的原型機研究非常有必要。 本文在深入理解OFDM技術的同時,結合相應的EDA工具對系統(tǒng)進行建模并基于IEEE802.11a物理層標準給出了一種OFDM基帶發(fā)射機系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)方案。整個設計采用目前主流的自頂向下的設計方法,由總體設計至詳細設計逐步細化。在系統(tǒng)功能模塊的FPGA實現(xiàn)過程中,針對Xilinx一款160萬門的Spartan-3E XCS1600E芯片,依照:IEEE802.11a幀格式,對發(fā)射機系統(tǒng)各個模塊進行了詳細設計和仿真: (1)訓練序列生成模塊,包括長,短訓練序列; (2)信令模塊,包括卷積編碼,交織,BPSK調制映射; (3)數(shù)據(jù)模塊,包括加擾,卷積編碼,刪余,交織,BPSK/QPSK/16QAM/64QAM調制映射; (4)OFDM處理部分,包括導頻插入,加循環(huán)前綴,IFFT處理; (5)對整個發(fā)射處理部分聯(lián)調,并給出仿真結果另外,還完成了接收機部分模塊的FPGA設計,并給出了相應的頂層結構與仿真波形。最后提出了改進和進一步開發(fā)的方向。
上傳時間: 2013-04-24
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本文將高效數(shù)字調制方式QAM和軟件無線電技術相結合,在大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA上對16QAM算法實現(xiàn)。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現(xiàn)實意義。 論文對16QAM軟件實現(xiàn)的基礎理論,帶通采樣理論、變速率數(shù)字信號處理相關抽取內插技術做了推導和分析;深入研究了軟件無線電核心技術數(shù)字下變頻原理和其實現(xiàn)結構;對CIC、半帶等高效數(shù)字濾波器原理結構和性能作了研究;16QAM調制和解調系統(tǒng)設計采用自項向下設計思想;采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環(huán)境下實現(xiàn)代碼輸入;對系統(tǒng)調試采用了算法仿真和在系統(tǒng)實測調試相結合方法。 論文首先對16QAM調制解調算法進行系統(tǒng)級仿真,并對實現(xiàn)的各模塊的可行性仿真驗證,在此基礎上,完成了調制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊;解調器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波,升余弦滾降濾波,以及16QAM解碼等模塊,實現(xiàn)了16QAM調制器;給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統(tǒng)在200KHz帶寬下實現(xiàn)了512Kbps的高速數(shù)據(jù)數(shù)率傳輸。論文還對增強型數(shù)字鎖相環(huán)EPLL的實現(xiàn)結構進行了研究和性能分析。
上傳時間: 2013-07-29
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基于H.264的自適應環(huán)路濾波器的硬件設計與FPGA驗證
標簽: 環(huán)路濾波器 硬件設計
上傳時間: 2013-04-24
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波束形成模塊是聲納信號處理系統(tǒng)中的核心部分,其作用為在空域上加強來自某一方向的信號,抑制干擾,同時探測目標的方位。因此,波束形成模塊的研究在水下探測器、水下武器引信等聲納系統(tǒng)中顯得尤為重要。本文基于陣列波束形成的原理對圓陣自適應波束形成展開了比較深入的研究。 首先,本文概述了聲納波束形成的研究背景和研究現(xiàn)狀。基于本課題所研究的主動聲納模型,分析了主動聲納信號,提出應用復基帶信號進行波束形成的方案;對接收波束形成的原理和方法進行了比較詳細的推導和論述。 其次,本文重點對均勻圓形陣列流形的波束形成作了詳細分析和波束圖函數(shù)推導,并且應用MATLAB軟件進行了仿真分析。然后對LMS自適應算法進行了介紹,由對LMS算法的分析推導了DLMS算法,并對LMS算法和DLMS算法進行了分析,并將DLMS算法應用于均勻圓陣波束形成。仿真結果表明,基于FIR濾波架構的DLMS算法以犧牲部分收斂速度為代價,可獲得高速并行處理能力。DLMS自適應波束形成方法能使目標方向信號加強,同時將干擾信號零陷。 最后,本文介紹了基于FPGA的并行度為2的8陣元DLMS自適應波束形成設計思路以及實現(xiàn)方法。系統(tǒng)的整體結構采用了并行處理架構,而在單個支路采用了流水線技術。并應用硬件描述(VHDL)語言在QuartusⅡ4.0環(huán)境下設計了各軟件模塊和功能仿真。
上傳時間: 2013-04-24
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