本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”的一部分，主要完成計算機視覺系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統(tǒng)以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數(shù)轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統(tǒng)進行高層處理的基礎，優(yōu)秀的預處理算法能有效改善圖像質量，提高系統(tǒng)分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統(tǒng)整體架構的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據(jù)算法特點設計了多種采用FPGA實現(xiàn)的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現(xiàn)充分利用了FPGA的片內資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點及優(yōu)勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現(xiàn)，從而簡化了系統(tǒng)整體結構。視頻采集和預處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實現(xiàn)為“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據(jù)。
上傳時間： 2013-07-26
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轉矩的測量對各種機械產(chǎn)品的研究開發(fā)、測試分析、質量檢驗、安全和優(yōu)化控制等工作有重要的意義。現(xiàn)有的轉矩傳感器一般結構復雜，制造安裝困難。本文介紹了一種結構簡單，測量精度高的新型轉矩傳感器——基于FPGA和單片機的光柵轉矩傳感器。 本文主要工作包括： 1、介紹了當前轉矩傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了各種類型轉矩傳感器的特點和存在的不足。 2、介紹了光柵轉矩傳感器的工作原理，將光柵輸出的光電信號轉換成矩形波信號，通過分析旋轉軸的各種運動對光電輸出信號的影響，得知兩路矩形波信號的相位與扭轉角的關系，從而得到系統(tǒng)測量方案，并推導出具體的測量計算公式。 3、構建了系統(tǒng)實驗平臺，主要由被測量主軸、光柵對機構、光電裝置座三個部分構成。 4、基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和單片機，完成系統(tǒng)硬件電路及軟件設計。 5、根據(jù)動態(tài)測量數(shù)據(jù)的時變性、隨機性、相關性和動態(tài)性等，研究了動態(tài)測量數(shù)據(jù)的處理方法。 6、對系統(tǒng)調試和實驗。采取先對各個單元模塊獨立調試與實驗的方法，對每個單元電路的性能進行分析處理，然后進行聯(lián)合調試與實驗，并對傳感器進行標定。 7、對系統(tǒng)誤差進行分析，并提出了改進措施。
上傳時間： 2013-06-19
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近年來，基于DSP和FPGA的運動控制系統(tǒng)己成為新一代運動控制系統(tǒng)的主流。基于DSP和FPGA的運動控制系統(tǒng)不僅具有信息處理能力強，而且具有開放性、實時性、可靠性的特點，因此在機器人運動控制領域具有重要的應用價值。 論文從步行康復訓練器的設計與制作出發(fā)，主要進行機器人的運動控制系統(tǒng)設計和研究。文章首先提出了多種運動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。根據(jù)它們的優(yōu)缺點，選定以DSP和FPGA為核心進行運動控制系統(tǒng)平臺的設計。 論文詳細研究了以DSP和FPGA為核心實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)的軟、硬件設計，利用DSP實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)總體結構與相關功能模塊，利用FPGA實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)地址譯碼電路、脈沖分配電路以及光電編碼器信號處理電路，并對以上電路系統(tǒng)進行了功能仿真和時序仿真。 結果表明，基于DSP和FPGA為核心的運動控制系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了設計功能要求，同時提高了機器人運動控制系統(tǒng)的開放性、實時性和可靠性，并大大減小了系統(tǒng)的體積與功耗。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著交通工具的迅猛發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(Intelligent TransportationSystems，簡稱ITS)在交通管理中受到廣泛的關注。而在ITS中，車牌識別(LicensePlate Recognition，簡稱LPR)是其核心技術。車牌識別系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和車牌識別算法兩個部分組成。由于車牌清晰程度、攝像機性能、氣候條件等因素的影響，牌照中的字符可能出現(xiàn)不清楚、扭曲、缺損或污跡干擾，這都給識別造成一定難度。因此，在復雜背景中快速準確地進行車牌定位成為車牌識別系統(tǒng)的難點。 本文研究和設計了一種集圖象采集，圖象識別，圖象傳輸?shù)扔谝惑w的實時嵌入式系統(tǒng)。該平臺包括硬件系統(tǒng)設計與應用程序開發(fā)兩個方面，充分利用TI公司的C6000系列DSP強大的并行運算能力、以及FPGA的靈活時序邏輯控制技術，從硬件方面實現(xiàn)系統(tǒng)的高速運行。 本文的主要工作有兩部分組成，具體如下： (1) 在硬件設計方面：實現(xiàn)由A/D、電源、FPGA、DSP以及SDRAM和FLASH所組成的車牌識別系統(tǒng)；設計并完成系統(tǒng)的原理圖和印制板圖；完成電路板調試，以及完成FPGA．在高速圖像采集中的veriIog應用程序開發(fā)。 (2) 在軟件開發(fā)方面：完成Philips公司的SAA7113H的配置代碼開發(fā)，以及DSP底層的部分驅動程序開發(fā)。 該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)25幀每秒的數(shù)字視頻流圖像數(shù)據(jù)的輸出，并由FPGA負責完成一幅720×572數(shù)據(jù)量的圖像采集。DSP負責系統(tǒng)的嵌入式操作，包括系統(tǒng)的控制和車牌識別算法的實現(xiàn)。 目前，嵌入式車牌識別系統(tǒng)硬件平臺已經(jīng)搭建成功，系統(tǒng)軟件代碼程序也已經(jīng)開發(fā)完成。本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)高速圖像采集、嵌入式操作與車牌識別算法、UART數(shù)據(jù)通信等功能，具有速度快、穩(wěn)定性高、體積小、功耗低等特點，為車牌識別算法提供一個較好的驗證平臺。
標簽： FPGA DSP 車牌識別系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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智能化住宅小區(qū)，是指在一定范圍內通過有效的傳輸網(wǎng)絡，將多元住處服務、物業(yè)管理、安防以及住宅智能化等系統(tǒng)結合在一起，為該小區(qū)的服務與管理提供高技術的智能化手段。從而實現(xiàn)快捷高效的超值服務管理和安全舒適的家居環(huán)境，使業(yè)主生活得更安全、更方便。 隨著國民經(jīng)濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術和控制技術的迅速發(fā)展，促進了智能小區(qū)在我國的推廣和應用。目前這些小區(qū)的智能化建設大多數(shù)是采用Lonworks、FF等現(xiàn)場總線技術。但是現(xiàn)場總線協(xié)議標準化程度還不成熟，且成本較高。隨著寬帶Internet進入家庭，利用Internet來構建智能小區(qū)已成為大勢所趨。 本文介紹了一種基于以太網(wǎng)和FPGA的嵌入式智能小區(qū)管理系統(tǒng)的組建方法。首先，以Altera的FPGA為核心，通過在外圍添加適當?shù)拇鎯υO備和通信接口設備，構成一個嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。其次，在此平臺的基礎上，通過在FPGA中定制Nios Ⅱ軟核處理器以及在外圍的Flash存儲器中下載uClinux操作系統(tǒng)，從而構建出一套資源豐富的嵌入式操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)帶有一個網(wǎng)絡功能齊全的Web服務器。最后，將此操作系統(tǒng)作為智能小區(qū)的樓宇集中器，再根據(jù)需要配置適當?shù)牟杉骱惋@示器，就可以組建成一套功能強大的智能小區(qū)管理系統(tǒng)。它可以完成圖像抄表、定時圖像采集、實時溫度監(jiān)控、樓宇廣播、智能語音報警等功能。 這種利用當前流行的嵌入式系統(tǒng)來組建的智能小區(qū)管理系統(tǒng)，不但實現(xiàn)簡單、功能強大；而且節(jié)約布線、成本低廉。因此具有很高的性價比，相信在未來有較大的市場潛力。 本文主要包括如下幾個部分：系統(tǒng)硬件結構設計，包括系統(tǒng)的原理圖構建和PCB板的繪制：系統(tǒng)核心處理器設計，包括Nios Ⅱ軟核CPU的設計方法、外圍存儲和通信器件的添加及設計方法；嵌入式操作系統(tǒng)uClinux的相關知識及移植方法：系統(tǒng)的軟件結構設計，包括圖像采集、溫度采集、LCD顯示等CGI程序設計，以及單片機語音報警程序設計等；最后給出了調試情況以及一些試驗結果。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以電子不停車收費系統(tǒng)課題為背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的π/4-DOPSK全數(shù)字中頻發(fā)射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛(wèi)星通信中，具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強的特點。 近年來現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規(guī)模和處理速度等方面性能的迅速提高，用硬件編程實現(xiàn)無線功能的軟件無線電技術在理論和實用化上都趨于成熟和完善，因此可以把數(shù)字調制，數(shù)字上/下變頻，數(shù)字解調在同一塊FPGA上實現(xiàn)，即實現(xiàn)了中頻發(fā)射機和接收機一體化的片上可編程系統(tǒng)(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根據(jù)指標要求對數(shù)字收發(fā)機方案進行設計，確定了適合不停車收費系統(tǒng)的全數(shù)字發(fā)射機和接收機的結構，接著根據(jù)π/4-DQPSK發(fā)射機和接收機的理論，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的成形濾波器SRRC、半帶濾波器HB和定時算法并給出性能分析，最后給出硬件測試平臺上結果和測試結果分析。
上傳時間： 2013-06-23
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結構，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和設計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現(xiàn)、優(yōu)化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據(jù)仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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當今電子系統(tǒng)的設計是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設計，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設計是以知識產(chǎn)權核(IPCore)為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具進行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關技術的基礎上，給出了SOPC技術開發(fā)調制解調器的方案。在分析設計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設計流程后，依據(jù)調制解調算法提出了一種基于DSP Builder調制解調器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設計方法大大縮短了調制解調器的開發(fā)周期。 在SOPC技術開發(fā)調制解調器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，將精力集中于算法的優(yōu)化上。 基于DSP Builder的開發(fā)功能，調制解調器電路中的低通濾波器可直接調用FIRIP Core，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調試成功后，經(jīng)過QuartusⅡ將編譯生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調制解調器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-06-24
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論文提出了一種基于FPSLIC的下位機控制器系統(tǒng)設計，并且在嵌入式硬件和軟件的聯(lián)合調度之下予以實現(xiàn)，并將該系統(tǒng)應用于微小型無人直升機MUAV控制上。 微小型無人直升機體積小、重量輕、隱蔽性好、機動性強、易實現(xiàn)懸停和超低空飛行，因此在軍用和民用領域都有廣泛的應用前景。微小型無人直升機在空中執(zhí)行任務時需要實時獲得在空間的姿態(tài)和高度位置信息，然后通過調制舵機狀態(tài)來調整飛行器的空中姿態(tài)，糾正飛行路線，而MUAV的飛控系統(tǒng)需要具有負荷輕，功能強大，實時性強以及低功耗的特點，對嵌入式處理器要求較高，所以針對MUAV的控制采用上下位機聯(lián)合控制的結構。并且由于目前現(xiàn)有的下位機控制器滿足不了MUAV控制發(fā)展的需求，所以本文中利用FPS[JC優(yōu)越的性能，實現(xiàn)了一種新的下位機控制器的設計，具有體積小、重量輕、價格低、功耗低、實時性強、可靠性高、擴展性好等優(yōu)點的同時，完成了基于PWM的舵機的控制和基于Kalman濾波的多傳感器的數(shù)據(jù)融合，以及上下位機之間的通訊等功能，具有較強的使用和應用價值。 論文首先介紹了MUAV飛行控制的結構，以及下位機實現(xiàn)功能的模塊劃分。然后是對MUAV控制系統(tǒng)相關理論的介紹，包括舵機控制的原理和方法以及多傳感器數(shù)據(jù)融合的理論。 其次論文介紹了基于FPSLIC的下位機控制器系統(tǒng)的軟硬件設計。在硬件設計上，給出了硬件總體設計方案，并對各個功能模塊進行了詳細論述，軟件部分在給出了主要的框架和功能劃分后，主要介紹了利用FPSLIC的FPGA部分實現(xiàn)PWM控制和測量的模塊以及AVR部分對多傳感器信息進行Kalman濾波融合的實現(xiàn)。 最后在實驗室的汽油無人直升機的測試平臺上進行了舵機控制和高度測試實驗，取得了滿意的實驗結果。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構，實現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內預測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現(xiàn)實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實現(xiàn)架構，并對影響編碼速度，且具有硬件實現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進，算法實現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間： 2013-06-13
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