隨著移動終端、多媒體、Internet網絡、通信，圖像掃描技術的發展，以及人們對圖象分辨率，質量要求的不斷提高，用軟件壓縮難以達到實時性要求，而且會帶來因傳輸大量原始圖象數據帶來的帶寬要求，因此采用硬件實現圖象壓縮已成為一種必然趨勢。而熵編碼單元作為圖像變換，量化后的處理環節，是圖像壓縮中必不可少的部分。研究熵編解碼器的硬件實現，具有廣闊的應用背景。本文以星載視頻圖像壓縮的硬件實現項目為背景，對熵編碼器和解碼器的硬件實現進行探討，給出了并行熵編碼和解碼器的實現方案。熵編解碼器中的難點是huffman編解碼器的實現。在設計并行huffman編碼方案時通過改善Huffman編碼器中變長碼流向定長碼流轉換時的控制邏輯,避免了因數據處理不及時造成數據丟失的可能性，從而保證了編碼的正確性。而在實現并行的huffman解碼器時，解碼算法充分利用了規則化碼書帶來的碼字的單調性，及在特定長度碼字集內碼字變化的連續性，將并行解碼由模式匹配轉換為算術運算，提高了存儲器的利用率、系統的解碼效率和速度。在實現并行huffman編碼的基礎上，結合針對DC子帶的預測編碼，針對直流子帶的游程編碼，能夠對圖像壓縮系統中經過DWT變換，量化，掃描后的數據進行正確的編碼。同時，在并行huffman解碼基礎上的熵解碼器也可以解碼出正確的數據提供給解碼系統的后續反量化模塊，進一步處理。在本文介紹的設計方案中，按照自頂向下的設計方法，對星載圖像壓縮系統中的熵編解碼器進行分析，進而進行邏輯功能分割及模塊劃分，然后分別實現各子模塊，并最終完成整個系統。在設計過程中，用高級硬件描述語言verilogHDL進行RTL級描述。利用了Altera公司的QuartusII開發平臺進行設計輸入、編譯、仿真，同時還采用modelsim仿真工具和symplicity的綜合工具，驗證了設計的正確性。通過系統波形仿真和下板驗證熵編碼器最高頻率可以達到127M，在62.5M的情況下工作正常。而熵解碼器也可正常工作在62.5M，吞吐量可達到2500Mbps，也能滿足性能要求。仿真驗證的結果表明：設計能夠滿足性能要求，并具有一定的使用價值。
上傳時間： 2013-05-19
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數字濾波作為數字信號處理技術的重要組成部分，廣泛應用于諸如信號分離、恢復、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實現方法則難以同時達到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現電子系統的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據，研究適應工程實際的數字濾波器的設計方法： (2)對分布式算法進行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎上，分析了利用FPGA特有的查找表結構完成這一運算的方法，從而解決了常系數乘法運算硬件實現的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數字濾波器的具體實現方法，采用層次化、模塊化、參數化的設計思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設計； (4)設計參數可調的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉換電路、D/A轉換電路以及在系統配置電路等。以話音作為輸入信號，進行了實際濾波效果的測試。 實驗系統的測試結果表明，和傳統的數字濾波器相比較具有更好的實時性、準確性、靈活性和實用性。
上傳時間： 2013-07-13
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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網絡帶寬依然在不斷增長（尤其是在本地網），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情況是大容量的磁盤、FLASH移動存儲盤和激光盤的容量不斷增大，使得傳送和儲存數據的成本不斷地下降。不僅使人發問：我們孜孜不倦的搞視頻壓縮高級算法還有多少意義？我們可以看到，算法的復雜性日益增加，但性能的提高卻接近邊緣。 是什么還在要求更高的壓縮速率？還有被我們遺忘的地方嗎？還有什么應用讓我們繼續追求更精妙的壓縮算法？ 在作者看來，這個應用領域就是移動視頻服務。無線頻譜這種稀缺資源的有限性決定了我們必須繼續對視頻壓縮技術進行研究。即使伴隨UMTS/IMT2000的到來，移動終端可以獲得的數據速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窩的時候最高能達到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率對于較高質量的視頻傳輸來講，仍然是有限的。因此，可以預見，移動終端的空中接口這個瓶頸使得我們必須繼續進行視頻壓縮。 另一方面，移動終端領域開發視頻壓縮算法，在其低功耗和實時性要求下，也是異常困難的。為了減少計算的復雜性和運動估計的功耗，業界提出了許多快速算法，例如2-D的對數搜索，三步搜索，聯合搜索。盡管這些方法減少了功耗，其結果是視頻壓縮性能的降低，因為這些算法的本質是減少了運動搜索的空間。為了實現運動搜索的低功耗，在電路領域又提出了搜索窗口和時鐘管理的措施。但這些方法都是在犧牲視頻壓縮比性能的基礎進行的折中，并沒有強調算法映射結構上做出處理。 本論文提出了一種新的解決MPEG-4運動估計運算的低功耗實時處理器架構。其基礎是采用了心肌陣列并行處理技術和低功耗控制電路。運動估計的繁復運算通過心肌陣列分布式運算得到有效處理。從理論上看，心肌陣列有其簡單易理解性，然后，由于FPGA的互聯網絡有限性，設計這樣一個陣列仍有許多值得注意的問題。論文提出使用保守近似處理在全局運動估計中減少功耗，其本質是消除不必要的冗余運算。宏塊的最小誤差匹配是一個典型的串行操作過程。論文新提出的方法是在進行絕對匹配前使用保守計算，如果保守誤差值與最小誤差差別過大，則不進行絕對誤差計算。 總的說來，論文實現了兩個目標：通過心肌陣列實現了實時的運動估計編碼，通過在算法層次引入控制電路，降低運動估計電路的功耗。
上傳時間： 2013-06-23
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隨著微電子技術的發展，可編程邏輯器件取得了迅速的發展，其功能日益強大，FPGA內部可用邏輯資源飛速增長，近來推出的FPGA都針對數字信號處理的特點做了特定設計，集成了存儲器、鎖相環（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個公司提供的FPGA開發軟件使用硬件描述語言，可以實現特定的信號處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設計工程師提供了新的選擇。實時圖像處理系統采用FPGA+DSP的結構來完成整個復雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進行分類，FPGA和DSP份協作發揮各自的長處，對于算法實現簡單、運算量大、實時性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實現，DSP則用來處理經過預處理后的圖像數據，來運行算法結構復雜，乘加運算多的算法。整個系統主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及應用，完成了Stratix芯片的選型。設計了數字圖像處理板的電路原理圖和PCB設計圖。并對電路板進行調試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設計，并調試成功，應用到FPGA的調試下載配置中，取得了良好的實驗與經濟效果。（3）充分利用FPGA的設計開發軟件與工具，完成了中值濾波、形態學濾波和自適應閾值的FPGA實現，并給出了詳細的實現過程。將算法下載到FPGA芯片，經過試驗調試，達到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實現方式，選用PCI9054芯片實現通訊，完成PCI接口電路設計，經過調試，實現了中斷、DMA等方式，滿足了數據傳輸的要求。（5）學習了C6701DSP芯片的工作特性以及內部功能結構，完成了DSP外圍存儲器的擴展、時鐘信號發生以及電源模塊等外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-07-16
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電力線通信技術利用分布廣泛的低壓電力線作為通信信道，實現internet高速互連，為用戶提供互聯網訪問、視頻點播等服務，形成包括電力在內的“四網合一”，目前正受到人們的關注。利用該技術，可以在居民區內建立寬帶接入網，也可以利用遍布家庭各個房間的電源插座組成家庭局域網。但是電力線是傳輸電能的，因此通過電力線傳輸數據有許多的問題需要解決。 OFDM(正交頻分復用)技術是實現電力線通信的一項熱門技術。OFDM采用添加循環前綴的技術，能有效地降低ICI(信道間干擾)和ISI(碼間干擾)。同時通過使用正交的子信道，大大提高了頻譜資源利用率。FPGA作為可編程邏輯器件，具有設計時間短、投資少、風險小的特點，而且可以反復修改，反復編程，直到完全滿足需要，具有其他方式無可比擬的方便性和靈活性，能夠加速數字系統的研發速度。本文著重研究了OFDM同步技術在FPGA上的實現。本論文主要是在項目組工作的基礎上構造雙路信號數據糾正算法流程，提出最佳采樣點與載波相位估計算法，完善中各個子模塊算法的硬件設計流程。內容安排如下：第一章介紹OFDM(正交頻分復用)技術的發展歷史、技術原理。第二章介紹了PLD的分類、工藝和結構特點，以及FPGA的開發環境、開發流程和Verilog語言的特點。第三章對OFDM系統的同步模塊進行詳細的闡述。第四章是OFDM同步算法的在FPGA上的實現，對各個子模塊進行仿真，給出了仿真波形圖和系統性能分析。最后，第五章總結了全文的工作，對OFDM技術的實現需要進一步完善的方面與后續工作進行了探討。
上傳時間： 2013-04-24
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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溫度的測量在工業領域最為常見，隨著電子技術、計算機技術的飛速發展，對現場溫度的測量也由過去的模擬刻度溫度計、指針溫度計向數字顯示的智能溫度計發展，而且，對測量的精度要求也越來越高。目前，盡管市場上也有高精度的溫度測量儀，但一般價格都很昂貴。傳統的8位單片機已經越來越不能適應日漸復雜的應用需求。友好的交互界面、網絡互聯功能、智能化的軟件、高效的數據處理幾乎成了智能化系統的共同需求。隨著嵌入式系統的迅猛發展，這種應用系統正逐步取代傳統的以PC為中心的應用，成為未來智能化儀表中的主力軍。本文立足于設計一種通用性強的測溫系統，可以在軟硬件兩方面適應多種測溫元件，為系統日后升級帶來方便。 本論文以對通用Linux操作系統在32位ARM微處理器上進行移植并對其實時性進行了改造。研制了鉑熱電阻高精度溫度監測系統，闡述了其具體技術指標及相關實現方法。系統以S3C2410為硬件核心，開發了主板及數據采集調理電路。構建了以微處理器S3C2410、閃存FLASH、存儲器SRAM、A/D、鍵盤、顯示器為一體的溫度監測的硬件平臺。在此硬件平臺上嵌入RT—Linux嵌入式實時操作系統，構建系統的多任務管理，最終完成了本課題的設計開發。
上傳時間： 2013-06-07
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在信息化發展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領域，起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數進行可變長編碼（VLC）消除統計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網絡即將商用的推動，H．264以其優秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。 但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加，實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現，而嵌入式設備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應算法進行優化移植，才能滿足實際應用的需求。 本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應優化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結果。本文主要完成的工作如下： 詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現，PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結構和對應代碼進行優化之后，將其移植到WINCE系統之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結果與性能做出了評價。
上傳時間： 2013-06-04
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