隨著數碼技術的不斷發(fā)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(fā)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(wěn)定性問題。本設計脫離高清晰工業(yè)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?zhèn)鹘y的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)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(yè)控制和遠程監(jiān)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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數據采集是信號與信息系統中一個重要的組成部分，也是數字信號處理的關鍵環(huán)節(jié)。本論文主要介紹一種基于FPGA的數據采集系統，提出一種由高速A/D轉換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數據采集系統方案及其的硬件電路實現方法。該系統利用AD器件對信號進行放大、差分轉換和模數轉換，利用FPGA設計內部模塊和時鐘信號來進行電路控制及實現數據緩存、數據傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數據傳送到PC主機。FPGA作為采集系統的核心部件，完成了內部數字電路設計，使系統具有很高的可適應性、可擴展性和可調試性。 本論文從研究數據采集的理論出發(fā)，重點研究了A/D模數轉換、FPGA芯片設計及PCI總結接口設計，完成了系統的各級電路硬件設計，并通過系統仿真驗證了系統的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，不僅在互聯網上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區(qū)存儲單元的容量和訪存次數。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區(qū)單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續(xù)訪問公共緩存技術，合理規(guī)劃各計算子模塊的工作時序，將數據計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區(qū)特性，有效地減少數據計算量，加快了數據處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發(fā)板為平臺，實現MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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現代數字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數目，或采用客戶定制的門陣列產品。隨著可編程邏輯器件技術的發(fā)展，具有強大并行處理能力的現場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數字濾波、相關運算等數字信號處理算法的高效實現。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內資源的限制，設計了級聯和并行遞歸兩種結構的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術和并行處理技術提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進措施。 其次，分析了具有相同結構的數字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結構實現乘累加(MAC)運算。無乘法器結構采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉化為FPGA易于實現的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-09
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隨著以計算機技術為核心的信息技術的迅速發(fā)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(fā)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(yè)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(fā)生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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隨著半導體制造技術不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產業(yè)技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化，芯片的面積增大，芯片功能復雜程度增大，其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統對ASIC設計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統產生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統，可在ASIC設計的早期，驗證芯片設計功能，支持硬件、軟件及整個系統的并行開發(fā)，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統中同時測試系統中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優(yōu)點是速度快，能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數據，而FPGA作為硬件系統，突出優(yōu)點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調試系統的開發(fā)和ASIC的開發(fā)同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數據鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統，達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統后續(xù)軟件的開發(fā)和調試。 本文介紹了芯片驗證系統，包括系統的性能、組成、功能以及系統的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統的硬件平臺，提出了驗證系統的總體設計方案，重點對驗證系統的數據鏈路的實現進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合，構建出調試與驗證數據鏈路；根據芯片驗證的要求，設計出軟核處理器NIOS II系統與PC建立數據鏈路的軟件系統，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術，完成對國產某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統的可重用性和驗證數據發(fā)送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統在芯片驗證與測試應用研究領域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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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(fā)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(yōu)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?zhèn)鬏敇藴什捎玫膫鬏敿夹g-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(yōu)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(tài)范圍和概率分布，設計出定點字長的優(yōu)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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對于H.264視頻編碼系統，雖然單純用軟件也可以實現整個編碼過程，但是由于整個編碼系統的算法復雜度很高，里面又有大量的數學運算，使得軟件的計算能力差、速度慢，容易造成總線擁擠，所以單純地依靠軟件無法實現視頻編碼的要求。為了縮短整個編碼的時間，提高編碼系統的工作效率，有必要將軟件中耗費時間和資源較多的模塊用硬件來實現。本文正是基于上述的想法，通過使用FPGA豐富的內部資源來實現H.264的編碼。本系統流程是首先使用視頻解碼芯片SAA7113將從攝像頭傳輸過來的PAL制式數據轉換為ITU656格式的數字視頻數據，然后由FPGA讀取并進行預測、變換和編碼，最后將編碼生成的碼流通過USB接口發(fā)送到PC端進行解碼和顯示。
上傳時間： 2013-06-30
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Scaler是平板顯示器件(FPD，Flat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎上，采用自上而下(Top-down)的設計方法，給出了scaler的設計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調，也可以以IP core的形式應用于相關圖像處理芯片中。 圖像縮放內核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結構設計決定著縮放性能的優(yōu)劣，也是控制芯片成本的關鍵。因此，本文從縮放內核的結構入手，對scaler的總體結構進行了設計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優(yōu)化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復雜度。FPGA設計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結構，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數據緩沖區(qū)。使用這種結構的優(yōu)勢在于：行列縮放可以同時進行，數據處理的可靠性高、速度快：內核結構簡單明了,數據緩沖區(qū)大小合適，便于設計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設計使用Verilog HDL對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統仿真，證明該scaler的設計達到了預期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩(wěn)定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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在幾乎所有現代通訊和計算機網絡領域中，安全問題都起著非常重要的作用。隨著網絡應用的迅速發(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基本成熟，但由于它的計算復雜性大，所以在具體實現上還需要進一步研究。實現超橢圓曲線密碼系統，對于增強信息系統的安全性和研究更高強度的加密系統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將會有更好的應用前景。 對于密碼系統，我們希望它占用的空間更少，實現的時間更短，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比較并提出軟硬協調思想實現超橢圓曲線密碼系統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，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比較，找到面積和速度的最佳結合點。通過對算法的實現和比較，發(fā)現理論上面積和速度協調性較好的8位串并混合算法在實際中協調性并不是很好，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語言進行實現比較，找到單獨實現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)，為軟硬協調實現超橢圓曲線系統思想的提出打下基礎。 論文然后提出了軟硬協調的方法實現超橢圓曲線系統的思想，并對整個系統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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