H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優(yōu)化設計，這些優(yōu)化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-22
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本課題首先研究了常規(guī)的RS譯碼器的算法，確定在關鍵方程的計算中采用一種新改進的BM算法，然后提出了基于復數(shù)基的有限域快速并行乘法器和利用冪指數(shù)相減進行除法計算的有限域除法器，通過這些優(yōu)化方法提高了RS譯碼器的速度，減少了譯碼延時和硬件資源使用，最后利用VHDL硬件描述語言在FPGA上實現(xiàn)了流水線處理的RS(255,223)譯碼器。 本課題實現(xiàn)的RS(255,223)硬件譯碼器的性能在國內(nèi)具有領先水平，對我國以后航天項目高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計有著很大的意義。
上傳時間： 2013-06-29
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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(tǒng)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(xiàn)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(fā)生器的設計出發(fā)，對直接數(shù)字頻率合成技術(DDS)進行了系統(tǒng)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(tǒng)的雜散度，并且利用該方法實現(xiàn)了幅度和相位可調(diào)制的DDS系統(tǒng)-掃頻信號發(fā)生器。 第二，為了提高系統(tǒng)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(tǒng)能在100MHz的頻率下正常工作。 第三，從系統(tǒng)頻率特性測試的理論出發(fā)，研究如何在FPGA中提高多位數(shù)學運算的速度，從而提出了一種實現(xiàn)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(xiàn)了頻率特性的測試。 在研究以上理論方法的基礎上，以大規(guī)模可編程邏輯器件EP1K100QC208和微處理器89C52為實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)了可編程邏輯器件的優(yōu)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(tǒng)的總體設計方案，包括設計工具、語言和實現(xiàn)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(xiàn)方式。
上傳時間： 2013-06-08
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語音編碼技術始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸?shù)囊粋€重要環(huán)節(jié)，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯(lián)合開發(fā)的，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復雜度以便于實時實現(xiàn)。因其具有良好的合成語音質(zhì)量、適中的復雜度、較低的時延等優(yōu)點，G729A標準已被廣泛應用在VOIP網(wǎng)關、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領域的優(yōu)勢，對G729A語音編碼中的線性預測(LP)濾波器系數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發(fā)展進行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內(nèi)部結構進行了研究，分析了在QuartusII開發(fā)平臺上進行FPGA設計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統(tǒng)的LP分析部分做了具體設計，其中包括自相關函數(shù)和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進行了詳細的分析。第四，針對系統(tǒng)所使用的除法運算都是商小于1的特點，設計并實現(xiàn)了一個系統(tǒng)專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統(tǒng)進行了驗證，證明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優(yōu)化設計，這些優(yōu)化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-04
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在船舶交管系統(tǒng)中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內(nèi)完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統(tǒng)要求及時的把接收到的雷達方位數(shù)據(jù)從極坐標轉換成直角坐標。在軟件上實現(xiàn)這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數(shù)字設備來實現(xiàn)。FPGA在數(shù)字信號處理領域有非常廣闊的應用前景，以其優(yōu)良的性能在數(shù)字信號處理中發(fā)揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現(xiàn)一些函數(shù)和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現(xiàn)雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現(xiàn)正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數(shù)和對數(shù)等基本函數(shù)和運算，把他們設計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調(diào)用，這樣在算法研究中可以節(jié)約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環(huán)境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應用。 最終在實踐環(huán)節(jié)，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現(xiàn)可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現(xiàn)一些基本函數(shù)和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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8051系列是至今為止最成功的單片機之一，在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進。文章首先介紹了8051的基本架構，包括硬件模塊、指令系統(tǒng)、內(nèi)存分配以及基本外設。然后講解了在設計8051時如何劃分模塊，每個模塊的功能與設計，同時也介紹了如何設計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器，文章介紹了IEEE浮點數(shù)的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現(xiàn)的功能，然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設計以后，文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上，包括硬件上的數(shù)據(jù)線接口和控制線接口，以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設計在ModelSim上的仿真結果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點運算相比，加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期，減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期，乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期，而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期，可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質(zhì)的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數(shù)據(jù)論文網(wǎng)’’上搜索過，都沒有發(fā)現(xiàn)有類似的設計，帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創(chuàng)新，希望在實際應用中能有用武之地。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，計算機圖形學應用越來越廣泛，尤其是三維(3D)繪圖。3D繪圖使用3D模型和各種影像處理產(chǎn)生具有三維空間真實感的影像，應用于虛擬真實情況以及多媒體的產(chǎn)品上，且多半是使用低成本的實時3D計算機繪圖技術為基礎。在初期3D圖形學剛起步時，由于圖形簡單，因此可以利用CPU來運算，但隨著圖形學技術的發(fā)展，所要繪制的圖形越來越復雜，這時如果單純依賴CPU來處理，不能達到實時的要求，因此需要專門的硬件來加速圖形處理，GPU(圖形處理單元)因此出現(xiàn)了。不過由于3D圖形加速硬件的復雜性和短壽命，這極大地提高了對硬件開發(fā)環(huán)境的需要。為了更好的對設計進行更改和測試，不能僅僅用專門定制的方法來設計，需要其他的方：硬件描述語言(HDL)和FPGA。 隨著計算機繪圖規(guī)模的需要，借助輔助硬件資源，來提高圖形處理單元(GPU)處理速度的需求越來越普遍。自從15年前現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)開始出現(xiàn)以來，其在可編程硬件領域所起的作用越來越大。它們在速度、體積和速度方面都有了很大的提高。這意味著FPGA在以前只能使用專用硬件的場合越來越重要。其中一個應用領域就是3D圖形渲染，在這個研究領域里人們正在利用具有可編程性能的FPGA來幫助改進圖形處理單元(GPU)的性能。 能夠在廉價、可動態(tài)重新配置的FPGA上實現(xiàn)復雜算法來輔助硬件設計。本文的設計就是通過在FPGA上實現(xiàn)3維圖形幾何處理管線部分功能來提高圖形處理速度。具體實現(xiàn)中使用硬件描述語言(Verilog HDL)進行邏輯設計，并發(fā)現(xiàn)問題解決問題。 本文主要特色如下： 1.針對幾何變換換子系統(tǒng)，提出一種硬件實現(xiàn)方案，該方案能對基本的幾何變換如：平移、縮放、旋轉和投影進行操作。首先構造出總體變換矩陣，隨后進行矩陣乘法運算，再進行投影變換，最后輸出變換座標。提出一種脈動陣列結構，用于兩個矩陣的乘法運算。找到一種快捷的方法來實現(xiàn)矩陣相乘，將能大大提高系統(tǒng)的效率。 2.對于3D圖形裁剪，文中描述了一種裁剪引擎，它能夠處理3D圖形中的裁剪、透視除法以及視口映射的功能。硬件實現(xiàn)的難度取決于裁剪算法的復雜程度。我們在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基礎上提出一種新的裁剪算法，該算法通過去除冗余頂點以提高處理速度，同時利用編碼來判斷線段可見性的方法使得硬件實現(xiàn)變得很容易。 3.最后，我們在FPGA上實現(xiàn)了幾何變換以及三維裁剪，并與C語言的模擬結果對比發(fā)現(xiàn)結果正確，且三維裁剪能夠以3M個三角形/s的速度運行，滿足了圖形流水中的實時性要求。
上傳時間： 2013-04-24
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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(jīng)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)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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本文針對目前國內(nèi)外基于FPGA實現(xiàn)模糊控制器的理論、EDA軟件工具的使用以及FPGA 技術的發(fā)展，對模糊控制器的設計作了有益的探索，并達到了預期的實驗效果。文章綜述了模糊控制理論的產(chǎn)生、發(fā)展、應用現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展方向；介紹了模糊邏輯、模糊控制的基本原理和模糊控制器的結構；闡述了常規(guī)模糊控制器的設計過程。文章介紹了運用 VHDL語言進行模糊控制器的設計過程。對模糊控制過程中隸屬度函數(shù)的存儲采用了分段存儲法，其設計方法簡單，提高了運算速度和運算精度。采用了“最大－最小”函數(shù)法簡化了模糊控制規(guī)則的推理過程。運用“倒數(shù)相乘法”實現(xiàn)除法器的設計，能夠實現(xiàn)任意數(shù)的除法運算，且精度較高。并以模糊空調(diào)溫度控制器為例進行了理論說明和模糊設計，并給出了相應的VHDL代碼。整體設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平臺上進行了邏輯綜合及功能時序仿真，綜合與仿真的結果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗較少的硬件資源，達到了較高的設計性能，在速度和資源利用率方面均達到了較優(yōu)的狀態(tài)，通過在 FPGA開發(fā)板上的驗證與測試，測試結果表明，所設計的模糊控制器可滿足實時模糊控制的要求。關鍵詞：模糊邏輯 模糊控制器 VHDL FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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