隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，電力電子裝置正在向著高頻化、大容量、小體積的方向發(fā)展，其電磁環(huán)境也變得更為復雜，隨之帶來的輻射電磁干擾也日益嚴重。在電力電子裝置設計初期開展電磁兼容數(shù)值仿真和預測對解決復雜的電磁干擾問題意義重大。 本文介紹了國內外電力電子裝置電磁兼容的研究現(xiàn)狀。針對電力電子裝置電磁兼容的復雜性，討論了使用仿真軟件進行電力電子裝置電磁兼容分析的策略，主要面向電源印制電路板(PCB)、控制箱和變流器機柜全波電磁仿真的具體應用進行了研究。 首先對PCB電源板進行電磁兼容預測。采用軟件Protel99SE和CST微波工作室(R)(CST MICROWAVE STUDIO(R)，簡稱CST MWS(R))相結合進行分析，得到．PCB板的表面電流和電場分布圖。根據(jù)分布圖，分析電源板的輻射特性，提出提高PCB電磁兼容性的優(yōu)化設計的設想，在PCB設計過程中加入對PCB電磁兼容性分析的場仿真，使PCB的電磁兼容分析有一個直觀的參照物，有助于指導PCB的布局布線，對PCB優(yōu)化設計，提高產(chǎn)品性能有重要作用。根據(jù)仿真結果將PCB電源板近似等效成電偶極子模型。 其次應用CST MICROSTRIPESTM軟件計算控制箱的屏蔽效能，并在控制箱插入PCB電源板后進行輻射特性分析。 最后應用全波電磁仿真軟件CST MWS(R)對變流器機柜進行電磁輻射干擾瞬態(tài)仿真，分析過程中考慮到了IGBT的開關尖峰、線纜和易產(chǎn)生干擾的電子元器件以及整個機箱機柜。運用線性網(wǎng)絡理論對仿真結果進行標定，由此提出改進措施—采用unit cell和微擾理論設計屏蔽網(wǎng)，有效地抑制了電磁輻射。
上傳時間： 2013-04-24
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由于世界能源危機的日益嚴重和全球環(huán)境的不斷惡化，大規(guī)模開發(fā)清潔可再生能源成為當前能源戰(zhàn)略的主要方向。太陽能作為當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生能源之一，得到了各界的廣泛關注。在太陽能的利用中，光伏發(fā)電并網(wǎng)又是其主要發(fā)展方向之一。 由于光伏產(chǎn)業(yè)界目前還沒有統(tǒng)一的標準，又因為功率等級及應用場合的不同，使各種拓撲結構的光伏并網(wǎng)變流器都得以嘗試使用。本文就是在此背景下，對當前使用的各類光伏并網(wǎng)變流器的拓撲結構和控制方法進行比較，并結合光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實際應用中暴露的主要缺陷，從適應光伏陣列輸出特性和提高系統(tǒng)整體的可靠性兩方面入手，提出Z-source變換器結合PWM整流器的拓撲結構。 文章首先介紹了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中并網(wǎng)變流器的三種隔離回路方式，及應用于小功率和中大功率場合的不同主電路拓撲結構及控制策略，比較其優(yōu)缺點，提出了Z-source變換器結合PWM整流組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種拓撲結構可以減小系統(tǒng)中電解電容的體積容量，并解決由太陽能電池板輸出電壓大范圍變化所帶來一系列問題，同時可以在一定程度上改善系統(tǒng)的可靠性問題。其次，文中分析介紹了Z-source變換器的工作原理，對比了三種升壓控制的實現(xiàn)方式和性能差異，并簡述了逆變器的三種SPWM電流控制策略及其優(yōu)缺點。最后，結合整體系統(tǒng)需要，將Z-source變換器的升壓控制與PWM整流器的并網(wǎng)控制融合，提出完成逆變并網(wǎng)功能和最大功率點跟蹤的控制思想。 根據(jù)上述分析和研究，選定整體光伏系統(tǒng)的硬件結構和控制方案。詳細闡述了系統(tǒng)硬件部分的設計計算，提供了系統(tǒng)主電路結構、參數(shù)計算、元件選型和控制電路的設計的詳細說明，并完成了主電路硬件的制作。根據(jù)空間狀態(tài)方程法對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行仿真建模，仿真模型包括主電路拓撲及各控制子模塊，文中簡要說明各控制模塊的功能，給出仿真結果并進行分析。驗證該系統(tǒng)可以較好的實現(xiàn)本文提出的控制方案所應完成的各項功能，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，性能良好。
上傳時間： 2013-07-12
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隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網(wǎng)的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網(wǎng)安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩(wěn)態(tài)性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網(wǎng)相連的并聯(lián)電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優(yōu)勢。通過比較PI控制和狀態(tài)反饋控制，選取全狀態(tài)反饋來達到對系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 將電網(wǎng)處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統(tǒng)閉環(huán)期望極點設計了控制系統(tǒng)。為消除電網(wǎng)這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網(wǎng)輸入的建模考慮進了觀測器，消除了電網(wǎng)輸入對狀態(tài)估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網(wǎng)進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網(wǎng)側電感上，從而使對系統(tǒng)基于狀態(tài)空間的建模產(chǎn)生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網(wǎng)側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩(wěn)態(tài)指標，對狀態(tài)反饋后的系統(tǒng)設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了對1MW不控整流負載進行補償?shù)碾娏τ性礊V波器系統(tǒng)模型，進行了仿真；并對動靜態(tài)性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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工業(yè)生產(chǎn)過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統(tǒng)都是屬于大時滯系統(tǒng)，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現(xiàn)了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數(shù)整定與系統(tǒng)控制分開處理的離線整定方法，如果工況發(fā)生變化就必須重新調整參數(shù)。針對這一問題，為了實現(xiàn)時滯系統(tǒng)參數(shù)自整定的控制，本文將神經(jīng)網(wǎng)路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經(jīng)網(wǎng)路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統(tǒng)的特點，討論了幾種時滯系統(tǒng)較為成熟的常規(guī)控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統(tǒng)中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數(shù)自整定傳統(tǒng)方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統(tǒng)PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數(shù)，實現(xiàn)了在線自整定參數(shù)。仿真實驗表明了該控制器對模型和環(huán)境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經(jīng)網(wǎng)路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現(xiàn)參數(shù)的在線自整定。理論分析、系統(tǒng)仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統(tǒng)超調量，并減少了調節(jié)時間，提高了系統(tǒng)的實時性和控制精度。
標簽： 時滯系統(tǒng) 參數(shù) 自整定控制
上傳時間： 2013-07-05
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隨著信息時代的到來，用戶對數(shù)據(jù)保護和傳輸可靠性的要求也在不斷提高。由于信道衰落，信號經(jīng)信道傳輸后，到達接收端不可避免地會受到干擾而出現(xiàn)信號失真。因此需要采用差錯控制技術來檢測和糾正由信道失真引起的信息傳輸錯誤。RS（Reed—Solomon）碼是差錯控制領域中一類重要的線性分組碼，由于它編解碼結構相對固定，性能強，不但可以糾正隨機差錯，而且對突發(fā)錯誤的糾錯能力也很強，被廣泛應用在數(shù)字通信、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，以滿足對數(shù)據(jù)傳輸通道可靠性的要求。因此設計一款高性能的RS編解碼器不但具有很大的應用意義，而且具有相當大的經(jīng)濟價值。 本文首先介紹了線形分組碼及其子碼循環(huán)碼、BCH碼的基礎理論知識，重點介紹了BCH碼的重要分支RS碼的常用編解碼算法。由于其算法在有限域上進行，接著介紹了有限域的有關理論。基于RS碼傳統(tǒng)的單倍結構，本文提出了一種八倍并行編碼及九倍并行解碼方案，并用Verilog HDL語言實現(xiàn)。其中編碼器基于傳統(tǒng)的線性反饋移位寄存器除法電路并進行八倍并行擴展，譯碼器關鍵方程求解模塊基于修正的歐幾里德算法設計了一種便于硬件實現(xiàn)的脈動關鍵方程求解結構，其他模塊均采用九倍并行實現(xiàn)。由于進行了超前運算、流水線及并行處理，使編解碼的數(shù)據(jù)吞吐量大為提高，同時延時更小。 本論文設計了C++仿真平臺，并與HDL代碼結果進行了對比驗證。Verilog HDL代碼經(jīng)過modelsim仿真驗證，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上進行綜合驗證以及靜態(tài)時序分析，綜合軟件為QUATURSⅡ V8．0。驗證及測試表明，本設計在滿足編解碼基本功能的基礎上，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高吞吐量和低延時傳輸，達到性能指標要求。本論文在基于FPGA的RS（255，223）編解碼器的高速并行實現(xiàn)方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經(jīng)濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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在幾乎所有現(xiàn)代通訊和計算機網(wǎng)絡領域中，安全問題都起著非常重要的作用。隨著網(wǎng)絡應用的迅速發(fā)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(jīng)基本成熟，但由于它的計算復雜性大，所以在具體實現(xiàn)上還需要進一步研究。實現(xiàn)超橢圓曲線密碼系統(tǒng)，對于增強信息系統(tǒng)的安全性和研究更高強度的加密系統(tǒng)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(tǒng)將會有更好的應用前景。 對于密碼系統(tǒng)，我們希望它占用的空間更少，實現(xiàn)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(xiàn)比較并提出軟硬協(xié)調思想實現(xiàn)超橢圓曲線密碼系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)，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(xiàn)比較，找到面積和速度的最佳結合點。通過對算法的實現(xiàn)和比較，發(fā)現(xiàn)理論上面積和速度協(xié)調性較好的8位串并混合算法在實際中協(xié)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(xié)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(xiàn)比較，找到單獨實現(xiàn)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(xié)調實現(xiàn)超橢圓曲線系統(tǒng)思想的提出打下基礎。 論文然后提出了軟硬協(xié)調的方法實現(xiàn)超橢圓曲線系統(tǒng)的思想，并對整個系統(tǒng)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(huán)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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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞，并能實時從上位機更新參數(shù)。該設計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術的發(fā)展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標清、高清、全高清。與顯示技術發(fā)展結伴而行的是顯示接口技術的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術上經(jīng)歷了一個從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護等功能,符合當今技術的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設備的標準接口之一,并獲得了越來越廣泛的應用。 從上世紀80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結構和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優(yōu)點廣泛應用與IC設計、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設計上,針對HDMI和DDR2的相關高速電路,采用了一系列的高速電路設計方法,有效的避免了信號的反射,串擾等不良現(xiàn)象。同時在對HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時序規(guī)范的深入研究的基礎上,在ALTERA的開發(fā)平臺QUARTUSII上編寫了系統(tǒng)的頂層模塊和相關各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創(chuàng)新點表現(xiàn)在以下幾個方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲器件DDR2的時序規(guī)范。 2、論文搭建的整個系統(tǒng)相當龐大,涉及到相關的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅動顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
標簽： FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-28
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隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發(fā)展，其應用范圍主要包括數(shù)字廣播、消費類電子、視頻監(jiān)控、醫(yī)學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數(shù)據(jù)量很大時，處理速度慢，執(zhí)行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據(jù)視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統(tǒng)的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數(shù)據(jù)流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數(shù)據(jù)的開始和結束信號三種控制信號，并根據(jù)控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數(shù)據(jù)的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環(huán)境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數(shù)據(jù)采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當?shù)乃阕樱捎霉ぞ進ATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現(xiàn)圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網(wǎng)表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創(chuàng)新點是采用新的開發(fā)環(huán)境System Generator for DSP實現(xiàn)視頻圖像算法。這種開發(fā)視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發(fā)展的必然趨勢。
標簽： FPGA 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-20
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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