本項目完成的是中國地面數字電視融合方案發端系統的FPGA設計與實現。采用Stratix系列的EP1S80F1020C5FPGA為基礎構建了主硬件處理平臺。系統中能量擴散、LDPC編碼、符號交織、星座映射、同步PN頭插入、3780點IFFTOFDM調制以及信號成形4倍插值滾降濾波器等都是基于FPGA硬件設計實現的。本文首先介紹了數字電視的發展現狀,融合方案發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識。第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA的融合方案發端系統除LDPC編碼部分的各個模塊的具體實現,并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。第四章簡要介紹了與融合方案發端系統結構類似的一個窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發端的FPGA設計,并對該測試平臺的性能進行了分析驗證。我在項目中完成的工作主要有: 1.閱讀相關文獻資料,了解中國地面數字電視融合方案的整體結構和原理。 2.制定了整個發端系統FPGA實現的框架以及各模塊的接口定義。 3.完成了3780點IFFTOFDM的FPGA設計和驗證。 4.完成了4倍插值169階滾降濾波器的算法改進和FPGA設計與驗證。 5.完成了整個融合方案系統的功能仿真、分析和驗證。 6.完成了窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發端的FPGA設計以及仿真、驗證。
上傳時間: 2013-07-05
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Reed-Solomon碼(簡稱RS碼)是一種具有很強糾正突發和隨機錯誤能力的信道編碼方式,在深空通信、移動通信、磁盤陣列以及數字視頻廣播(DVB)等系統中具有廣泛的應用。 本文簡要介紹了有限域基本運算的算法和常用的RS編碼算法,分析了改進后的Euclid算法和改進后的BM算法,針對改進后的BM算法提出了一種流水線結構的譯碼器實現方案并改進了該算法的實現結構,在譯碼器復雜度和譯碼延時上作了折衷,降低了譯碼器的復雜度并提高了譯碼器的最高工作頻率。在Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA上設計實現了RS(255,239)編譯碼器,證明了該方案的可行性。
上傳時間: 2013-06-11
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可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)越來越多的應用于數字信號處理領域,與傳統的ASIC(專用集成電路)和DSP(數字信號處理器)相比,基于FPGA和CPLD實現的數字信號處理系統具有更高的實時性和可嵌入性,能夠方便地實現系統的集成與功能擴展。 FFT的硬件結構主要包括蝶形處理器、存儲單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內引入流水線結構,提高了FFT的運算速度。同時,流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項,這樣在設計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器,降低了硬件電路的復雜度。 為了進一步提高FFT的運算速度,本文在深入研究各種乘法器算法的基礎上,為蝶形處理器設計了一個并行乘法器。在實現該乘法器時,本文采用改進的布斯算法,用以減少部分積的個數。同時,使用華萊士樹結構和4-2壓縮器對部分積并行相加。 本文以32點復數FFT為例進行設計與邏輯綜合。通過設計相應的存儲單元,地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結果與軟件計算結果相符,證明了本文所提出的算法的正確性。 另外,本文還對設計結果提出了進一步的改進方案,在乘法器內加入一級流水線寄存器,使FFT的速度能夠提高到當前速度的兩倍,這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。
上傳時間: 2013-07-18
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本文分析了數字音頻處理技術中數字濾波器的各種傳統實現算法,尤其是研究了FIR數字濾波器的實現算法,在分析了數字濾波器的傳統算法的基礎上,針對家用和便攜式音頻處理系統,提供一種基于FPGA的音頻處理器的實現方案,以適應便攜式和家用設備對處理器體積和功耗小的發展要求.該方案對實現N階FIR數字濾波器的傳統算法進行了改良,將濾波器的系數用浮點數表示法來表示,使得原本至少需要一個乘法器和一個加法器來實現濾波功能,現在僅需要若干次加法和移位運算就可以實現,很大程度降低了設計的復雜度和系統功耗,也減少了芯片的面積.同時采用硬件描述語言VHDL實現了音頻處理器各個模塊的設計.
上傳時間: 2013-06-02
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本文研究特種LCD的圖像處理方法和FPGA實現方案,并研制出基于FPGA的若干實際應用系統,有效地解決目前存在的問題。本文主要研究內容為: (1)給出一種基于彩色空間變換的色彩調整方法,在YCrCb空間內實現亮度和色度分離,避免了RGB空間兩者同時變化造成偏色和失真的現象,并在FPGA內采用流水線結構改進3階矩陣運算的邏輯結構,節省出2/3的邏輯資源,提高了模塊的最高運行速度。 (2)研究利用FPGA實現圖像實時縮放處理的方法,選擇能夠滿足特種LCD要求的雙線性插值法作為研究對象,實時計算插值系數dx和dy,并采用流水線結構進行插值計算,僅使用FPGA中的3個雙端口RAM來緩沖圖像數據,沒有外擴大容量幀存儲器,降低了成本,提高特種LCD的系統兼容性。 (3)設計一種針對特種LCD更為簡捷、有效的隔行轉逐行掃描的實現方案,即利用圖像實時縮放的方法,把一場圖像縮放到LCD的分辨率,實現復合視頻圖像在LCD的“滿屏”顯示,改善現有特種LCD在顯示隔行掃描的復合視頻信號時,遇到圖像信息丟失或顯示效果不佳的問題。 (4)設計出一種基于字符和位圖的數字OSD控制核,合理使用分布式RAM和塊RAM兩種邏輯資源來存儲字符和位圖信息,OSD圖像由數字邏輯自動合成,編程簡單靈活,使特種LCD的參數調整更加方便。 (5)研制成功基于FPGA的特種LCD顯示控制板,能顯示三種分辨率640×480,800×600,1024×768的圖像信號;支持寬范圍的亮度、對比度、顯示位置等參數的實時調整,并提供全功能的透明OSD菜單進行指示。 (6)研制成功基于FPGA的特種LCD圖像調節板,用于對某型號機載特種LCD進行改造,增加寬范圍的亮度、對比度、圖像顯示位置的實時調整功能,提供無信號輸入檢測與OSD指示功能,提高圖像顯示的性能,通過了環境溫度試驗與性能測試,并已裝機。 (7)研制成功基于DSP和FPGA的圖像采集顯示板,實現了對全分辨率復合視頻信號進行25幀/秒的實時采集和顯示,在DSP內使用“三幀”輪換的圖像數據緩沖方法提高了系統的實時處理能力,使之能夠完成一定復雜度的實時圖像處理。
上傳時間: 2013-06-12
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頻率特性測試儀(簡稱掃頻儀)是一種測試電路頻率特性的儀器,它廣泛應用于無線電、電視、雷達及通信等領域,為分析和改善電路的性能提供了便利的手段。而傳統的掃頻儀由多個模塊構成,電路復雜,體積龐大,而且在高頻測量中,大量的分立元件易受溫度變化和電磁干擾的影響。為此,本文提出了集成化設計的方法,針對可編程邏輯器件的特點,對硬件實現方法進行了探索。 本文對三大關鍵技術進行了深入研究: 第一,由掃頻信號發生器的設計出發,對直接數字頻率合成技術(DDS)進行了系統的理論研究,并改進了ROM壓縮方法,在提高壓縮比的同時,改進了DDS系統的雜散度,并且利用該方法實現了幅度和相位可調制的DDS系統-掃頻信號發生器。 第二,為了提高系統時鐘的工作頻率,對流水線算法進行了深入的研究,并針對累加器的特點,進行了一系列的改進,使系統能在100MHz的頻率下正常工作。 第三,從系統頻率特性測試的理論出發,研究如何在FPGA中提高多位數學運算的速度,從而提出了一種實現多位BCD碼除法運算的方法—高速串行BCD碼除法;隨后,又將流水線技術應用于該算法,對該方法進行改進,完成了基于流水線技術的BCD碼除法運算的設計,并用此方法實現了頻率特性的測試。 在研究以上理論方法的基礎上,以大規模可編程邏輯器件EP1K100QC208和微處理器89C52為實現載體,提出了基于單片機和FPGA體系結構的集成化設計方案;以VerilogHDL為設計語言,實現了頻率特性測試儀主要部分的設計。該頻率特性測試儀完成掃頻信號的輸出和頻率特性的測試兩大主要任務,而掃頻信號源和頻率特性測試這兩大主要模塊可集成在一片可編程邏輯器件中,充分體現了可編程邏輯器件的優勢。 本文首先對相關的概念理論進行了介紹,包括DDS原理、流水線技術等,進而提出了系統的總體設計方案,包括設計工具、語言和實現載體的選擇,而后,簡要介紹了微處理器電路和外圍電路,最后,較為詳細地闡述了兩個主要模塊的設計,并給出了實現方式。
上傳時間: 2013-06-08
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本文提出了一種基于FPGA的細胞圖像識別系統方案,該系統中FPGA處于核心地位,FPGA采用Altera公司的EP1K100QC208-1芯片,構造專用處理功能,實現彩色圖像灰度化、灰度變換、中值濾波、低通濾波、灰度圖像二值化等算法。這部分處理的數據量非常大,由于采用FPGA處理,產生的時延變得很小;最后系統機進行識別處理的是二值圖像,數據量也很小。所進行的仿真實驗取得了良好的效果,給出了部分源代碼和實驗結果。設計采用VHDL語言描述,并使用電子設計自動化(EDA)工具進行了模擬和驗證。
上傳時間: 2013-04-24
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在合成孔徑雷達的研究和研制工作中,合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號,采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析,在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上,對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證,從而為硬件實現提供了正確的信號模型;針對傳統的“波形存儲直讀法”方案,即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲,再通過計算機接口實現數據傳輸,最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程,分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求,圍繞速度和容量問題,本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究,指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心;針對這一核心問題,充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源,在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式,將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題;給出了系統總體設計思想,該方案不需要大容量存儲器單元,大大減少模擬器復雜度;對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真,結果表明FPGA可以滿足課題設計要求;同時,對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性,給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成;最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思,指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想,為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索,對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間: 2013-04-24
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在合成孔徑雷達的研究和研制工作中,合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號,采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析,在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上,對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證,從而為硬件實現提供了正確的信號模型;針對傳統的“波形存儲直讀法”方案,即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲,再通過計算機接口實現數據傳輸,最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程,分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求,圍繞速度和容量問題,本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究,指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心;針對這一核心問題,充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源,在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式,將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題;給出了系統總體設計思想,該方案不需要大容量存儲器單元,大大減少模擬器復雜度;對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真,結果表明FPGA可以滿足課題設計要求;同時,對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性,給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成;最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思,指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想,為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索,對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間: 2013-05-26
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛,研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術,但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展,PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用,例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上,我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能,同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中,全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率,仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息,也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器,能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號,且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高,對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減,導致回波中心頻率下移的聲學物理現象,可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊,功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎,將加快其研發和制造進程,為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間: 2013-06-18
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