隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，各種圖像處理算法日趨成熟，相關(guān)的硬件技術(shù)更是不斷推陳出新。現(xiàn)代大規(guī)模集成電路VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為視頻圖像處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA用于嵌入式視頻圖像處理有其獨特優(yōu)勢。FPGA高性能、高集成度、低功耗的特點不僅使其具備高速CPU的性能，而且其可編程性使得設(shè)計者可以方便的通過對邏輯結(jié)構(gòu)的修改和配置，完成對系統(tǒng)的升級。 本文根據(jù)FPGA的并行處理特點，以及其在實時圖像處理方面的優(yōu)勢，進行了基于FPGA的全景圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)計過程中，廣泛查閱了相關(guān)資料，通過分析系統(tǒng)的功能，進行具體器件的選型，最后確定紅色颶風(fēng)Ⅱ代開發(fā)板及其擴展板作為本系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺。然后通過編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序(I2C總線控制器、SDRAM控制器)，應(yīng)用程序(視頻數(shù)據(jù)接收與存儲邏輯模塊)，實現(xiàn)系統(tǒng)圖像采集、存儲的功能。本文的所有邏輯模塊均采用Verilog HDL語言進行描述設(shè)計。 本文最后對系統(tǒng)進行了調(diào)試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達(dá)到了圖像實時采集、存儲的功能，能進行正確可靠的工作。該系統(tǒng)為后續(xù)的圖像處理打下了堅實的基礎(chǔ)，同時整個系統(tǒng)的邏輯模塊資源消耗只占FPGA(EP1C12)的百分之幾，剩余資源還可以來用作一些硬件算法。
標(biāo)簽： FPGA 全景圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-02
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本文主要研究一種隔離器高速數(shù)據(jù)通信卡設(shè)計，并對基于PCI總線的內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊和交換的硬件編程實現(xiàn)進行詳細(xì)的說明，最后在pc機windows平臺下對數(shù)據(jù)通信卡進行吞吐量和穩(wěn)定性的測試。 首先介紹了網(wǎng)絡(luò)安全的現(xiàn)狀以及物理網(wǎng)絡(luò)隔離的原理和重要性，并敘述了網(wǎng)絡(luò)隔離產(chǎn)品的發(fā)展，接著介紹網(wǎng)絡(luò)隔離系統(tǒng)，并提出硬件平臺的總體設(shè)計方案：重點敘述了網(wǎng)閘內(nèi)外網(wǎng)通訊的硬件核心數(shù)據(jù)通信卡設(shè)計思路和數(shù)據(jù)的流程，以及基于FPGA的PCI接口外部邏輯設(shè)計，并對該數(shù)據(jù)通訊卡在windows平臺雙機之間通訊作了測試，并對測試結(jié)果作了分析。
標(biāo)簽： FPGA PCI 高速數(shù)據(jù) 通信卡
上傳時間： 2013-07-30
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀(jì)八十年代開始出現(xiàn)，由于當(dāng)時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術(shù)的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器及半導(dǎo)體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達(dá)1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術(shù)指標(biāo)的分析，提出了FPGA＋ARM架構(gòu)的技術(shù)方案。然后，本文分模塊詳細(xì)敘述了整機系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA的硬件模塊設(shè)計，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設(shè)計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設(shè)計。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了本系統(tǒng)的設(shè)計思想和實現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導(dǎo)體公司2005年推出的雙通道采樣速率達(dá)500MHz高速A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內(nèi)插的計算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設(shè)計在后端的ARM內(nèi)完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內(nèi)集成，不僅充分利用了FPGA內(nèi)豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進行調(diào)試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA 高速實時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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光斑質(zhì)心檢測系統(tǒng)是APT精跟蹤伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前的光斑檢測系統(tǒng)大多是基于PC機的，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。在總結(jié)各種檢測算法的基礎(chǔ)上，本文提出了基于FPGA的圖像處理算法，實現(xiàn)了激光光斑中心的高速實時檢測。 文中主要采用3×3窗口模塊和自適應(yīng)閾值模塊，先對CCD輸入數(shù)據(jù)進行處理，判斷光斑的范圍，然后再運用光斑的質(zhì)心算法對光斑所占的像元進行運算，得出光斑位置的脫靶量，最后用VGA格式將圖像顯示在LCD上。本文達(dá)到了的3000幀/s的脫靶量幀速，精度為2urad的技術(shù)指標(biāo)，實現(xiàn)了高速率、高精度的精跟蹤要求。
標(biāo)簽： 實時圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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在圖像處理及檢測系統(tǒng)中，實時性要求往往影響著系統(tǒng)處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術(shù)及方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和圖像處理技術(shù)，以交通信息視頻檢測系統(tǒng)為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用，通過系統(tǒng)仿真驗證了基于FPGA架構(gòu)的圖像并行處理和檢測系統(tǒng)具有較高的實時處理能力，能夠準(zhǔn)確并穩(wěn)定地檢測出運動目標(biāo)的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內(nèi)容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術(shù)，針對傳統(tǒng)基于PC構(gòu)架和DSP處理器的視頻檢測系統(tǒng)的弊端，并從可靠性、穩(wěn)定性、實時性和開發(fā)成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計方案。 2．應(yīng)用模塊化的硬件設(shè)計方法，構(gòu)建了新一代嵌入式視頻檢測系統(tǒng)的硬件平臺。該系統(tǒng)由異步FIFO模塊、圖像空間轉(zhuǎn)換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預(yù)處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸?shù)膯栴}，并為以后系統(tǒng)功能的擴展奠定了良好的基礎(chǔ)。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用VHDL硬件描述語言編程、實現(xiàn)，仿真結(jié)果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統(tǒng)算法提高了50％，更有效地降低了系統(tǒng)資源占用率和提高了系統(tǒng)運算速度，增強了檢測系統(tǒng)的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)處理技術(shù)，在FPGA系統(tǒng)上研究設(shè)計了這些算法的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，用VHDL語言實現(xiàn)，并對各個模塊及相應(yīng)算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統(tǒng)仿真與驗證是整個FPGA設(shè)計流程中最重要的步驟，針對現(xiàn)有仿真工具用手動設(shè)置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(zhǔn)(TestBench)方法解決系統(tǒng)輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設(shè)計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統(tǒng)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)在MATLAB上還原為圖像，方便了系統(tǒng)測試結(jié)果的分析與調(diào)試。系統(tǒng)測試的結(jié)果表明，運動目標(biāo)的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標(biāo)。 本文主要研究了基于FPGA片上系統(tǒng)的圖像處理及檢測技術(shù)，針對FPGA技術(shù)的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發(fā)平臺上仿真實現(xiàn)，仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文的研究對智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
標(biāo)簽： FPGA 視頻圖像 檢測技術(shù)
上傳時間： 2013-07-13
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軟件無線電是無線通信領(lǐng)域繼固定到移動、模擬到數(shù)字之后的第三次革命，是目前乃至未來的無線電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向，它在提高系統(tǒng)靈活性上有無可比擬的優(yōu)勢，是實現(xiàn)未來無線通信系統(tǒng)的有效手段。擴頻通信具有卓越的抗干擾和保密性能。擴頻通信相對于傳統(tǒng)的窄帶通信，在頻譜利用率上也有明顯的優(yōu)勢，是未來無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，直接序列擴頻則是其中在民用領(lǐng)域使用最多的一種擴頻技術(shù)。FPGA在分布式計算、并行處理、流水線結(jié)構(gòu)上有獨特的優(yōu)勢，自然成為設(shè)計擴頻軟件無線電系統(tǒng)的首選技術(shù)之一。 首先介紹了軟件無線電的理論基礎(chǔ)，并分析了它的硬件結(jié)構(gòu)和技術(shù)關(guān)鍵。軟件無線電的關(guān)鍵思路在于構(gòu)建一個通用的強大的硬件平臺，這也正是本課題的主要工作之一。而后，重點介紹了直序擴頻的理論基礎(chǔ)。對于發(fā)射機，其中最關(guān)鍵的是尋找一種相關(guān)特性卓越的偽隨機序列，本課題主要對m序列、OVSF碼和Gold碼進行了深入研究。最后，詳述了基于DDFS的數(shù)字調(diào)制技術(shù)和FPGA技術(shù)。 基于以上理論基礎(chǔ)研究，根據(jù)軟件無線電硬件結(jié)構(gòu)，開發(fā)了基于Altera公司Cyclone系列FPGA的硬件平臺。該平臺具有210Mbps的高速DAC，并配有串口、USB接口、音頻CODEC輸入輸出通道、以及LVDS擴展口和SDRAM，考慮到通用性，設(shè)計中加入了足以開發(fā)出接收機的兩路40Mbps的高速ADC。FPGA的代碼開發(fā)也是核心內(nèi)容，本課題編寫了大量相應(yīng)的代碼，包括加擴模塊（含偽隨機序列發(fā)生器）、基于DDFS的數(shù)字調(diào)制模塊以及串口通信模塊、LCD驅(qū)動模塊，SDRAM Controller、ADC驅(qū)動模塊，并編寫了相應(yīng)的測試代碼。整個系統(tǒng)測試通過。關(guān)于硬件平臺設(shè)計和代碼開發(fā)，在本文第三章和第四章詳細(xì)介紹。 總體說來，本課題基于現(xiàn)有的理論發(fā)展，在充分理解相關(guān)理論的前提下，將主要經(jīng)歷集中于具體應(yīng)用的研究與開發(fā)，并取得了一定的成果。
標(biāo)簽： 直序擴頻 發(fā)射機 軟件無線電
上傳時間： 2013-06-27
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隨著電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于通信、信號處理、生物醫(yī)學(xué)以及自動控制等領(lǐng)域中。離散傅立葉變換(DFT)及其快速算法FFT作為數(shù)字信號處理中的基本變換，有著廣泛的應(yīng)用。特別是近年來，基于FFT的ODFM技術(shù)的興起，進一步推動了對高速FFT處理器的研究。 FFT 算法從出現(xiàn)到現(xiàn)在已有四十多年代歷史，算法理論已經(jīng)趨于成熟，但是其具體實現(xiàn)方法卻值得研究。面向高速、大容量數(shù)據(jù)流的FFT實時處理，可以通過數(shù)據(jù)并行處理或者采用多級流水線結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。特別是流水線結(jié)構(gòu)使得FFT處理器在進行不同點數(shù)的FFT計算時可以通過對模塊級數(shù)的控制很容易的實現(xiàn)。 本文在分析和比較了各種FFT算法后，選擇了基2和基4混合頻域抽取算法作為FFr處理器的實現(xiàn)算法，并提出了一種高速、處理點數(shù)可變的流水線結(jié)構(gòu)FFT處理器的實現(xiàn)方法。利用這種方法實現(xiàn)的FFT處理器成功的應(yīng)用到DAB接收機中，RTL級仿真結(jié)果表明FFT輸出結(jié)果與C模型輸出一致，在FPGA環(huán)境下仿真波形正確，用Ouaaus Ⅱ軟件綜合的最高工作頻率達(dá)到133MHz，滿足了高速處理的設(shè)計要求。
標(biāo)簽： FFT 流水線結(jié)構(gòu) 處理器
上傳時間： 2013-05-29
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數(shù)字濾波器是現(xiàn)代數(shù)字信號處理系統(tǒng)的重要組成部分之一。ⅡR數(shù)字濾波器又是其中非常重要的一類慮波器，因其可以較低的階次獲得較高的頻率選擇特性而得到廣泛應(yīng)用。 本文研究了ⅡR數(shù)字濾波器的常用設(shè)計方法，在分析各種ⅡR實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB針對并聯(lián)型結(jié)構(gòu)的ⅡR數(shù)字濾波器做了多方面的仿真，從理論分析和仿真情況確定了所要設(shè)計的ⅡR數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及中間數(shù)據(jù)精度。然后基于FPGA的結(jié)構(gòu)特點，研究了ⅡR數(shù)字濾波器的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)，提出應(yīng)用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)相結(jié)合的方式來提高ⅡR數(shù)字濾波器處理速度的方法，同時又從ⅡR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，提出利用ⅡR數(shù)字濾波器的分解技術(shù)來改善ⅡR濾波器的設(shè)計。在ⅡR實現(xiàn)方面，本文采用Verilog HDL語言編寫了相應(yīng)的硬件實現(xiàn)程序，將內(nèi)置SignalTap Ⅱ邏輯分析器的ⅡR設(shè)計下載到FPGA芯片，并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ邏輯分析儀進行了定性測試，同時利用HP頻譜儀進行定性與定量的觀測，仿真與實驗測試結(jié)果表明設(shè)計方法正確有效。
標(biāo)簽： FPGA IIR 數(shù)字濾波器
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回波抵消器在免提電話、無線產(chǎn)品、IP電話、ATM語音服務(wù)和電話會議等系統(tǒng)中，都有著重要的應(yīng)用。在不同應(yīng)用場合對回波抵消器的要求并不完全相同，本文主要研究應(yīng)用于電話系統(tǒng)中的電回波抵消器。電回波是由于語音信號在電話網(wǎng)中傳輸時由于阻抗不匹配而產(chǎn)生的。 傳統(tǒng)回波抵消器主要是基于通用DSP處理器實現(xiàn)的，這種回波抵消器在系統(tǒng)實時性要求不高的場合能很好的滿足回波抵消的性能要求，但是在實時性要求較高的場合，其處理速度等性能方面已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)高速、實時的需要。現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA的出現(xiàn)，克服了上訴方案的諸多不足。用FPGA來實現(xiàn)數(shù)字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，且其靈活的可配置特性使得FPGA構(gòu)成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測試和硬件升級。 本文研究目標(biāo)是如何在FPGA芯片上實現(xiàn)回波抵消器，完成的主要工作有： (1)深入研究了回波抵消器各模塊算法，包括自適應(yīng)濾波算法、遠(yuǎn)端檢測算法、雙講檢測算法、NLP算法、舒適噪聲產(chǎn)生算法，并實現(xiàn)了這些算法的C程序。 (2)深入研究了回波抵消器基于FPGA的設(shè)計流程與實現(xiàn)方法，并利用硬件描述語言Verilog HDL實現(xiàn)了各部分算法。 (3)在OuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時序仿真和驗證。并在FPGA硬件平臺上實現(xiàn)了該系統(tǒng)。 (4)根據(jù)ITU-T G．168的標(biāo)準(zhǔn)和建議，對設(shè)計進行了大量的主、客測試，各項測試結(jié)果均達(dá)到或優(yōu)于G．168的要求。
標(biāo)簽： FPGA 回波抵消器
上傳時間： 2013-06-23
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密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應(yīng)用，而且往往需要系統(tǒng)進行實時運算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設(shè)計方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數(shù)擴大時各種矩陣運算的分塊實現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結(jié)果比較，分析了運算精度、時間復(fù)雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結(jié)果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達(dá)信號中的應(yīng)用作了簡單介紹。
標(biāo)簽： FPGA 矩陣運算
上傳時間： 2013-07-20
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