無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節點組成，這些節點部署在監測區域內通過無線通信方式，形成的一個多跳自組織的網絡。整個網絡的作用是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中監測對象的信息，并發送給觀察者，可廣泛應用于環境監測、醫療護理、軍事、商業等多個領域。 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）協議處于無線傳感器網絡協議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節點間公平有效地共享通信媒介，對傳感器網絡的性能有較大影響。與傳統無線網絡不同，提高能量效率和可擴展性是無線傳感器網絡MAC協議設計的主要目標。 本文主要闡述基于FPGA對IEEE802．15．4 MAC層功能的實現。首先介紹了無線傳感器網絡的體系結構、MAC協議的設計要求以及已有的MAC層協議，討論了無線傳感器網絡MAC層的主要要求和功能。然后詳細介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協議，并在此基礎上，通過NS2平臺對MAC層協議進行了仿真，研究不同網絡負荷下信道訪問機制的各個參數對吞吐量，丟包率，傳輸延時的影響，分析了隱蔽站問題、確認幀機制。 本文對MAC層中的主要功能，諸如數據收發、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設計選用硬件描述語言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進行時序仿真驗證，最終下載到自主設計Altera公司的Cyclone開發板中。 對設計的驗證采取的是由里及外的方式，先對系統主模塊的功能進行驗證，然后下載到與CC2430開發板相連接的FPGA中對設計進行驗證測試。驗證流程是功能仿真、時序仿真和板級調試，最終通過測試，驗證了該設計的功能。測試結果表明，該模塊能滿足無線傳感器網絡低速率應用環境的需要，具有優良的擴展性能，達到了預期的設計目標。
上傳時間： 2013-06-14
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業標準的圖象質量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優秀性使之成為過去十年應用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內容，建立系統級設計方案，設計FPGA原型芯片，并在FPGA系統中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現ASIC的前端設計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統的體系結構的設計，采用了自頂而下的設計方法，實現系統的功能單元的劃分；根據其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數據分文幀內數據和幀間數據，實現兩種數據的并行解碼。 2.實現了具體模塊的設計：根據本文研究的要求，在比特流格式器模塊設計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數據解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現，大大減少了變長數據解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設計方法，減少數據計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數據運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結構等方法來加快運動補償速度。 3.根據視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統的仿真結果和軟件結果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發板實現了解碼系統的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設計采用Verilog HDL語言描述，通過了現場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經過實際視頻碼流測試，本文設計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術要求。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著數碼技術的不斷發展，數字圖像處理的應用領域不斷擴大，其實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統的圖像顯示系統必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩定性問題。本設計脫離高清晰工業相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現系統的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替傳統的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規模，滿足圖像實時處理的要求，使展現出來的視頻圖像得到質的飛躍。可以廣泛應用于工業控制和遠程監控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數據進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數據緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數據處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統資源很少，用較少的時間完成了圖像數據的轉換，提高了效率。
上傳時間： 2013-06-08
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由于移動環境的復雜性，無線信號在發送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術，Rake接收機在CDMA移動通信系統中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統容量和抗符號間干擾性能明顯優于傳統的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統，介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統的發展歷史以及OFDM和CDMA技術原理，并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統的可靠性；在此基礎上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統的實現方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現原理，給出了最大比合并時各種分徑數目下系統誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現設計方案及其系統 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數的增加，系統的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統中其分集效果更好，實現相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現結果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，FPGA
上傳時間： 2013-07-25
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隨著以計算機技術為核心的信息技術的迅速發展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅動下，顯示技術也取得了飛速的發展。使用FPGA/CPLD設計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業產品，做一些特殊的設計，以最小的代價滿足系統的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點。 本文設計了一個采用FPGA設計的液晶顯示控制器，主要解決以下內容：采用Cyclone芯片設計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設計，重點介紹了如何通過特殊設計控制器與CPU協調的工作，驅動系統所需時序信號的產生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時間抖動算法和幀率控制原理及實現，顯示數據的緩沖、轉化方法，使用FPGA設計的用于本系統的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點是各個模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個非常可行的，具有廣泛的通用性。 關鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對數字電視和數字視頻信息的需求越來越大，數字電視廣播在中國迅速的發展起來。近幾年，數字電視傳輸系統技術逐漸成熟，數字電視地面廣播（DTTB）傳輸標準也于2006年8月30號正式出臺。此標準技術是由我國多家單位聯合研究的，具有自主知識產權的數字地面電視傳輸標準。DTTB系統標準的研究與仿真，具有巨大的實用價值和廣闊的市場前景。 @@ 本文首先研究了地面數字電視廣播標準中平方根升余弦（SRRC）濾波器（滾降系數為0．05）的結構設計，介紹了一種適合在FPGA中實現的高階高速FIR濾波器的并行流水線結構。在本設計中，以CSD數優化濾波器系數，并運用簡化加法器圖（Reduced Adder Graph，RAG）算法進行改進，最后采用并行處理的轉置型流水線結構實現。 @@ 接著研究數字電視地面傳輸標準采用的傳輸技術-OFDM的基本概念和技術特點，并研究了清華大學提出的DMB-T方案中TDS-OFDM信號幀的組成結構以及相關原理。 @@ 最后，本文針對OFDM調制所需要的3780點FFT處理器進行研究。為了保證OFDM信號的采樣率和時域導頻的采樣率相同，以達到較好的同步性能，采用了3780個正交子載波的設計方案。在實現過程中，分析比較了多種算法的計算復雜性，設計出在硬件實現復雜度上進行優化的3780點FFT處理器的數據流流水線算法。之后，通過定點仿真比較各模塊輸出的動態范圍和概率分布，設計出定點字長的優化方案，并分析計算了這一處理器的輸出信噪比與內部各模塊字長的關系，進一步降低了硬件實現復雜性。 @@關鍵字：數字電視地面廣播傳輸（DTTB）；平方根升余弦濾波器（SRRC）；正交頻分復用調制（OFDM）；快速傅立葉變換（FFT）； 3780
上傳時間： 2013-04-24
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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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低密度校驗碼(LDPC)是一種能逼近Shannon容量限的漸進好碼，其長碼性能甚至超過了Turbo碼。低密度校驗碼以其迭代譯碼復雜度低，沒有錯誤平層，碼率和碼長可靈活改變的優點成為Turbo碼強有力的競爭對手。目前，LDPC碼已廣泛應用于深空通信、光纖通信、衛星數字視頻和音頻廣播等領域，因此LDPC碼編譯碼器的硬件實現已成為糾錯編碼領域的研究熱點之一。 本文在分析LDPC碼的基本編碼結構基礎上，首先研究了LDPC碼的隨機構造方法，并給出了有效的PEG算法實現方法，重點分析了用環消除(cycle elimination)算法實現的準循環LDPC碼的構造。然后對LDPC碼的幾種不同譯碼算法進行分析比較，討論了一種適合硬件實現的譯碼算法-TDMP算法，并對易于硬件實現的TDMP算法進行了性能仿真，仿真結果表明TDMP算法作為硬件實現的譯碼算法具有優異的性能優勢。最后針對Altera公司的StratixEPIS25 FPGA芯片設計了一個基于TDMP算法的(4096，2048)非規則LDPC碼譯碼器，內部用了4個單校驗碼譯碼器并行譯1幀數據，3幀同時譯碼，作者詳細介紹了該譯碼器芯片的設計過程和內部結構和工作流程。
上傳時間： 2013-05-23
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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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