現代數字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數目，或采用客戶定制的門陣列產品。隨著可編程邏輯器件技術的發展，具有強大并行處理能力的現場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數字濾波、相關運算等數字信號處理算法的高效實現。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內資源的限制，設計了級聯和并行遞歸兩種結構的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術和并行處理技術提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優化和改進措施。 其次，分析了具有相同結構的數字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結構實現乘累加(MAC)運算。無乘法器結構采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉化為FPGA易于實現的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-09
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人臉自動識別技術是模式識別、圖像處理等學科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術作為各種生物識別技術中最重要的方法之一，已經越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細分析了智能人臉識別算法原理，發展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預處理算法，PCA和ICA 算法，詳細分析了項目情況，系統劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(verilog HDL)對算法部分嚴格按照FPGA代碼風格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優化處理，通過仿真與軟件算法結果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現。 主要研究內容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應正確的結果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設計和調試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現優異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準確，弱時實的特點。預處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎上，保證原來效果的前提下，根據FPGA 硬件特點對算法進行了優化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數據，預處理算法在C++算法的基礎上進行了優化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現時可以根據系統要求，在FPGA的ip 核和自己設計的模塊之間選擇性能更好的一個來調用，FIFO的設計提供同步和異步時鐘域的數據緩存。設計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數據進行監測和比對。全部設計模塊通過仿真，達到預定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現。
上傳時間： 2013-07-13
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現代通信朝著全網IP化的進程逐步發展，越來越多的通信需要IP路由查找；同時光纖技術的發展，使得比特速率達到了20Gbps，路由技術成了整個通信系統的瓶頸，迫切需要一種具有高查找性能，低成本的路由算法，能夠適應大規模應用。 本文研究了一種高性能、低成本的路由算法。在四分支并行路由查找算法的基礎上，實現了雙分支并行，每個分支流水查找的16-8-8路由算法。該算法由三級表構成，長度小于16的前綴通過擴展成為長度16的前綴存儲在第一級表中；長度小于24位的前綴通過擴展成為長度24的前綴存儲在前兩級表中；長度大于24的前綴則通過專門的存儲空間進行存儲。將IP路由的二維查找轉化為一維精確查找，每次查找最多訪問存儲器3次，就可以查得下一跳的路由信息。使用Verilog語言實現了本文提出的算法，并對算法進行了功能仿真。為了實現低成本，該算法采用了FPGA和SSRAM的硬件結構實現。 功能仿真表明本文設計的算法查找速度能適應20Gbps的接口轉發速率。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：金宜
隨著敵對人為干擾的日益增多和電磁環境的日益惡劣，抗干擾逐漸成為衛星導航接收機的必備能力之一。傳統的單天線多延遲系統僅從時域抗干擾，抑制干擾能力有限。利用陣列天線，增加空域自由度，通過空域—時域級聯或空時聯合處理能夠顯著增強導航信號接收機的抗干擾性能。多個天線以不同的方式放置，即不同的陣形，會使得導航接收機具有不同的空域抗干擾性能。針對多種陣形對空域抗干擾性能的影響差異，開展了基于L陣、十字陣、均勻圓陣和帶圓心圓陣的自適應抗干擾性能研究，分析了導致差異的原因，通過對比仿真，發現帶圓心的圓陣具有所選陣形中最優的輸出信干噪比，進一步推廣到空時自適應抗干擾，也具有同樣的結論。結合工程實現，基于FPGA完成空時抗干擾硬件模塊設計，用Matlab產生的量化數據作為激勵，對硬件模塊的輸出結果進行分析，與非自適應空時波束形成結果相比，實驗驗證了模塊的有效性；與Matlab仿真處理的結果相比，驗證了模塊的正確性。多種陣形自適應抗干擾性能差異的研究對于一定孔徑和陣元個數條件下的陣列布陣具有一定的參考價值，空時抗干擾硬件模塊是抗干擾系統的核心，所做工作對工程實現具有一定的借鑒意義。
上傳時間： 2013-05-28
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Scaler是平板顯示器件(FPD，Flat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎上，采用自上而下(Top-down)的設計方法，給出了scaler的設計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調，也可以以IP core的形式應用于相關圖像處理芯片中。 圖像縮放內核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結構設計決定著縮放性能的優劣，也是控制芯片成本的關鍵。因此，本文從縮放內核的結構入手，對scaler的總體結構進行了設計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復雜度。FPGA設計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結構，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數據緩沖區。使用這種結構的優勢在于：行列縮放可以同時進行，數據處理的可靠性高、速度快：內核結構簡單明了,數據緩沖區大小合適，便于設計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設計使用Verilog HDL對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統仿真，證明該scaler的設計達到了預期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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在幾乎所有現代通訊和計算機網絡領域中，安全問題都起著非常重要的作用。隨著網絡應用的迅速發展，對安全的要求也逐漸加強。目前影響最大的三類公鑰密碼是RSA公鑰密碼、EIGamal公鑰密碼和橢圓曲線公鑰密碼。但超橢圓曲線密碼是比橢圓曲線密碼更難攻破的密碼體制，且可以在更小的基域上達到與橢圓曲線密碼相同的安全程度。雖然超橢圓曲線密碼體制在理論上已經基本成熟，但由于它的計算復雜性大，所以在具體實現上還需要進一步研究。實現超橢圓曲線密碼系統，對于增強信息系統的安全性和研究更高強度的加密系統都有著重要的理論意義和較高的應用價值，相信超橢圓曲線密碼系統將會有更好的應用前景。 對于密碼系統，我們希望它占用的空間更少，實現的時間更短，安全性更高。論文研究超橢圓曲線密碼中的加密算法，對主要算法進行實現比較并提出軟硬協調思想實現超橢圓曲線密碼系統就是為了達到這個目標。 論文先介紹了超橢圓曲線密碼系統中有限域上的兩個核心運算——有限域乘法運算和有限域求逆運算。對有限域乘法運算的全串行算法和串并混合算法在FPGA上用VHDL語言進行了實現，并對它們的結果進行對比，重點在于對并行度不同的串并混合算法進行實現比較，找到面積和速度的最佳結合點。通過對算法的實現和比較，發現理論上面積和速度協調性較好的8位串并混合算法在實際中協調性并不是很好，最終得出結論，在所做實驗的四種情況中，面積和速度協調性較好的算法是4位串并混合算法。隨后論文對有限域求逆運算的三種算法在FPGA上用VHDL語言進行實現比較，找到單獨實現有限域求逆運算較好的算法(MIMA域求逆算法)和可以與域乘法運算相結合的算法(使用域乘法求逆的算法)，為軟硬協調實現超橢圓曲線系統思想的提出打下基礎。 論文然后提出了軟硬協調的方法實現超橢圓曲線系統的思想，并對整個系統進行了軟硬件部分的劃分。通過分析，將標量乘算法，除子算法和多項式環算法劃分到軟件部分，并對其中的標量乘運算進行了詳細的分析介紹，將有限域算法歸于硬件部分并對其進行了簡單描述。在最后對全文進行總結，提出進一步需要開展的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字圖像處理技術的發展，圖像處理系統在日常生活、工業、軍事和醫療方面等許多領域得到了廣泛的應用。 本論文圍繞視頻圖像處理器的設計以及圖像增強算法的研究，開展了以下方面的研究： 1.對基于拉普拉斯算子的灰度圖像增強算法、基于飽和度分量反饋的自適應亮度增強算法及其改進算法進行了仿真，并分別對增強前后的灰度圖像和彩色圖像進行了比較。 2.提出了一個視頻圖像處理器的硬件實現方案。該方案以FPGA為核心，具有較強的圖像實時處理能力，具有1路視頻輸入端口和1路視頻輸出端口，以及PCI接口和2個UART串行接口。 3.完成了視頻圖像處理器的原理圖設計、印制板圖設計。在印制板圖設計中，應用信號完整新分析的理論，對高速電路的布局和布線進行了優化設計，保證了硬件電路的性能。
上傳時間： 2013-06-13
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自香農先生于1948年開創信息論以來，經過將近60年的發展，信道編碼技術已經成為通信領域的一個重要分支，各種編碼技術層出不窮。目前廣泛研究的低密度奇偶校驗(LDCP)碼是由R.G.Gallager先生提出的一種具有逼近香農限性能的優秀糾錯碼，并已在數字電視、無線通信、磁盤存儲等領域得到大量應用。 目前數字電視已經成為最熱門的話題之一，用手機看北京奧運，已經成為每一個中國人的夢想。最近兩年我國頒布了兩部與數字電視有關的通信標準，分別是數字電視地面傳輸標準(DMB-TH)和移動多媒體(CMMB)即俗稱的手機電視標準。數字電視正與每個人走得越來越近，我國預期在2015年全面實現數字電視并停止模擬電視的播出。作為數字電視標準的核心技術之一的前向糾錯碼技術已經成為眾多科研單位的研究熱點，相應的編解碼芯片更成為重中之重。在DMB-TH標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯編碼方式，在CMMB標準中用到了LDPC碼和RS碼的級聯編碼方式，在DVB-S2標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯編碼方式。 本論文以目前最重要的三個與數字電視相關的標準：數字電視地面傳輸標準(DMB-TH)、手機電視標準(CMMB)以及數字衛星電視廣播標準(DVB-S2)為切入點，深入研究它們的編碼方式，設計了這三個標準中的LDPC碼編碼器，并在FPGA上實現了前兩個標準的編碼芯片，實現了DMB-TH標準中0.4、0.6以及0.8三種碼率的復用。在研究CMMB標準中編碼器設計時，提出一種改進的LU分解算法，該分解方式適合任意的H矩陣，具有一定的廣泛性。測試結果表明，芯片邏輯功能完全正確，速度和資源消耗均達到了標準的要求，具有一定的商用價值。
上傳時間： 2013-07-07
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LDPC(Low Density Parity Check)碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，最初由Gallager發現，故亦稱Gallager碼.它和著名Turbo碼相似，具有逼近香農限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來信道編碼界研究的熱點。 LDPC碼的奇偶校驗矩陣呈現稀疏性，其譯碼復雜度與碼長成線性關系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復雜度問題，使長編碼分組的應用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼分組時，相距很遠的信息比特參與統一校驗，這使得連續的突發差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發差錯的特性。 本文首先介紹了LDPC碼的基本概念和基本原理，其次，具體介紹了LDPC碼的構造和各種編碼算法及其生成矩陣的產生方法，特別是準循環LDPC碼的構造以及RU算法、貪婪算法，并在此基礎上采用貪婪算法對RU算法進行了改進。 最后，選用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，實現了碼長為504的基于RU算法的LDPC編碼器。在設計過程中，為節省資源、提高速度，在向量存儲時采用稀疏矩陣技術，在向量相加時采用通過奇校驗直接判定結果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避開了復雜的矩陣求逆運算。結果表明，該編碼器只占用約10％的邏輯單元，約5％的存儲單元，時鐘頻率達到120MHz，數據吞吐率達到33Mb/s，功能上也滿足編碼器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發揮了DSP和FPGA兩者的優勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。 論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。 該系統主要優點有：實時性、高速性。硬件設計的執行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。
上傳時間： 2013-05-30
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