可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)越來越多的應用于數字信號處理領域，與傳統的ASIC(專用集成電路)和DSP(數字信號處理器)相比，基于FPGA和CPLD實現的數字信號處理系統具有更高的實時性和可嵌入性，能夠方便地實現系統的集成與功能擴展。 FFT的硬件結構主要包括蝶形處理器、存儲單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內引入流水線結構，提高了FFT的運算速度。同時，流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項，這樣在設計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器，降低了硬件電路的復雜度。 為了進一步提高FFT的運算速度，本文在深入研究各種乘法器算法的基礎上，為蝶形處理器設計了一個并行乘法器。在實現該乘法器時，本文采用改進的布斯算法，用以減少部分積的個數。同時，使用華萊士樹結構和4-2壓縮器對部分積并行相加。 本文以32點復數FFT為例進行設計與邏輯綜合。通過設計相應的存儲單元，地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結果與軟件計算結果相符，證明了本文所提出的算法的正確性。 另外，本文還對設計結果提出了進一步的改進方案，在乘法器內加入一級流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當前速度的兩倍，這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。
上傳時間： 2013-07-18
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本課題設計和完成了一套基于DSP+FPGA結構的小波變換實時圖像處理系統。采用小波算法對圖像進行邊緣提取、圖像增強、圖像融合等處理，并在ADSP-BF535上實現了小波算法，分析了其運行小波算法的性能。圖像處理的數據量比較大，而且運算比較復雜，DSP的特殊結構和性能很好地滿足了系統實現的需要，而FPGA的高速性和靈活性也滿足了系統實時性和穩定性的需要，所以采用DSP+FPGA來實現圖像處理系統是可靠的，也是可行的。系統的硬件設計以DSP和FPGA為平臺，DSP實現算法、管理系統運行、并實現了系統的自啟動；FPGA實現一些接口、時序控制等，簡化了外圍電路，提高了系統的可靠性。結果表明，在ADSP-BF535上實現小波算法，效果良好，而且滿足系統實時性的要求。最后，總結了系統的設計和調試經驗，對調試時遇到的一些問題進行了分析。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來微光、紅外、X光圖像傳感器在軍事、科研、工農業生產、醫療衛生等領域的應用越來越為廣泛，但由于這些成像器件自身的物理缺陷，視覺效果很不理想，往往需要對圖像進行適當的處理，以得到適合人眼觀察或機器識別的圖像。因此，市場急需大量高效的實時圖像處理器能夠在傳感器后端對這類圖像進行處理。而FPGA的出現，恰恰解決了這個問題。 近十年來，隨著FPGA(現場可編程門陣列)技術的突飛猛進，FPGA也逐漸進入數字信號處理領域，尤其在實時圖像處理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP應用的FPGA的發貨量，增長了50％；而常規的DSP大約增長了40％。由于FPGA可無比擬的并行處理能力，使得FPGA在圖像處理領域的應用持續上升，國內外，越來越多的實時圖像處理應用都轉向了FPGA平臺。與PDSP相比，FPGA將在未來統治更多前端(如傳感器)應用，而PDSP將會側重于復雜算法的應用領域。可以說，FPGA是數字信號處理的一次重大變革。 算法是圖像處理應用的靈魂，是硬件得以發揮其強大功能的根本。”共軛變換”圖像處理方法是一種新型的圖像處理算法，由鄭智捷博士上個世紀90年代初提出。這種算法使用基元形狀(meta-shape)技術，而這種技術的特征正好具備幾何與拓撲的雙重特性，使得大量不同的基于形態的灰度圖像處理濾波器可用這種方法實現。該種算法在空域進行圖像處理，無需進行大量復雜的算術運算，算法簡單、快速、高效，易于硬件實現。通過十多年來的實驗與實踐證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領域，”共軛變換”圖像處理方法確實有其獨特的優異性能。本篇論文就針對”共軛變換”圖像處理方法在微光圖像處理領域的應用，就如何在FPGA上實現”共軛變換”圖像處理方法展開研究。首先在Matlab環境下，對常用的圖像增強算法和”共軛變換”圖像處理方法進行了比較，并且在設計制作“FPGA視頻處理開發平臺”的基礎上，用VHDL實現了”共軛變換”圖像處理方法的基本內核并進行了算法的硬件實現與效果驗證。此外，本文還詳細地討論了視頻流的采集及其編碼解碼問題以及I2C總線的FPGA實現。
上傳時間： 2013-04-24
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本文分析了數字音頻處理技術中數字濾波器的各種傳統實現算法,尤其是研究了FIR數字濾波器的實現算法,在分析了數字濾波器的傳統算法的基礎上,針對家用和便攜式音頻處理系統,提供一種基于FPGA的音頻處理器的實現方案,以適應便攜式和家用設備對處理器體積和功耗小的發展要求.該方案對實現N階FIR數字濾波器的傳統算法進行了改良,將濾波器的系數用浮點數表示法來表示,使得原本至少需要一個乘法器和一個加法器來實現濾波功能,現在僅需要若干次加法和移位運算就可以實現,很大程度降低了設計的復雜度和系統功耗,也減少了芯片的面積.同時采用硬件描述語言VHDL實現了音頻處理器各個模塊的設計.
上傳時間： 2013-06-02
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本文研究特種LCD的圖像處理方法和FPGA實現方案，并研制出基于FPGA的若干實際應用系統，有效地解決目前存在的問題。本文主要研究內容為： (1)給出一種基于彩色空間變換的色彩調整方法，在YCrCb空間內實現亮度和色度分離，避免了RGB空間兩者同時變化造成偏色和失真的現象，并在FPGA內采用流水線結構改進3階矩陣運算的邏輯結構，節省出2/3的邏輯資源，提高了模塊的最高運行速度。 (2)研究利用FPGA實現圖像實時縮放處理的方法，選擇能夠滿足特種LCD要求的雙線性插值法作為研究對象，實時計算插值系數dx和dy，并采用流水線結構進行插值計算，僅使用FPGA中的3個雙端口RAM來緩沖圖像數據，沒有外擴大容量幀存儲器，降低了成本，提高特種LCD的系統兼容性。 (3)設計一種針對特種LCD更為簡捷、有效的隔行轉逐行掃描的實現方案，即利用圖像實時縮放的方法，把一場圖像縮放到LCD的分辨率，實現復合視頻圖像在LCD的“滿屏”顯示，改善現有特種LCD在顯示隔行掃描的復合視頻信號時，遇到圖像信息丟失或顯示效果不佳的問題。 (4)設計出一種基于字符和位圖的數字OSD控制核，合理使用分布式RAM和塊RAM兩種邏輯資源來存儲字符和位圖信息，OSD圖像由數字邏輯自動合成，編程簡單靈活，使特種LCD的參數調整更加方便。 (5)研制成功基于FPGA的特種LCD顯示控制板，能顯示三種分辨率640×480，800×600，1024×768的圖像信號；支持寬范圍的亮度、對比度、顯示位置等參數的實時調整，并提供全功能的透明OSD菜單進行指示。 (6)研制成功基于FPGA的特種LCD圖像調節板，用于對某型號機載特種LCD進行改造，增加寬范圍的亮度、對比度、圖像顯示位置的實時調整功能，提供無信號輸入檢測與OSD指示功能，提高圖像顯示的性能，通過了環境溫度試驗與性能測試，并已裝機。 (7)研制成功基于DSP和FPGA的圖像采集顯示板，實現了對全分辨率復合視頻信號進行25幀/秒的實時采集和顯示，在DSP內使用“三幀”輪換的圖像數據緩沖方法提高了系統的實時處理能力，使之能夠完成一定復雜度的實時圖像處理。
上傳時間： 2013-06-12
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本文結合中國科技大學大規模集成電路實驗室和中國科學院上海技術物理研究所合作的星載紅外相機項目，為了解決紅外相機上的不同波段的紅外探測元陣列存在的非均勻性問題，對紅外焦平面探測元陣列存在的非均勻性問題展開了深入的分析和研究。 主要研究和分析了兩類算法的基本原理，重點研究和實現了定標校正算法，通過對積分球定標數據進行深入的分析，將探測元分成線性探測元和非線性探測元，對線性探測元采用兩點校正法，對非線性探測元采用多點分段校正算法，在利用FPGA硬件實現非均勻校正時，分析設計了基于乘法運算和加法運算的FPGA實現，在基于乘加器運算的FPGA實現中。設計出了乘法和加法整體運算的乘加器，內部采用流水線wallace樹壓縮結構，大大加快乘法和加法的速度。
上傳時間： 2013-04-24
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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網絡帶寬依然在不斷增長（尤其是在本地網），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情況是大容量的磁盤、FLASH移動存儲盤和激光盤的容量不斷增大，使得傳送和儲存數據的成本不斷地下降。不僅使人發問：我們孜孜不倦的搞視頻壓縮高級算法還有多少意義？我們可以看到，算法的復雜性日益增加，但性能的提高卻接近邊緣。 是什么還在要求更高的壓縮速率？還有被我們遺忘的地方嗎？還有什么應用讓我們繼續追求更精妙的壓縮算法？ 在作者看來，這個應用領域就是移動視頻服務。無線頻譜這種稀缺資源的有限性決定了我們必須繼續對視頻壓縮技術進行研究。即使伴隨UMTS/IMT2000的到來，移動終端可以獲得的數據速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窩的時候最高能達到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率對于較高質量的視頻傳輸來講，仍然是有限的。因此，可以預見，移動終端的空中接口這個瓶頸使得我們必須繼續進行視頻壓縮。 另一方面，移動終端領域開發視頻壓縮算法，在其低功耗和實時性要求下，也是異常困難的。為了減少計算的復雜性和運動估計的功耗，業界提出了許多快速算法，例如2-D的對數搜索，三步搜索，聯合搜索。盡管這些方法減少了功耗，其結果是視頻壓縮性能的降低，因為這些算法的本質是減少了運動搜索的空間。為了實現運動搜索的低功耗，在電路領域又提出了搜索窗口和時鐘管理的措施。但這些方法都是在犧牲視頻壓縮比性能的基礎進行的折中，并沒有強調算法映射結構上做出處理。 本論文提出了一種新的解決MPEG-4運動估計運算的低功耗實時處理器架構。其基礎是采用了心肌陣列并行處理技術和低功耗控制電路。運動估計的繁復運算通過心肌陣列分布式運算得到有效處理。從理論上看，心肌陣列有其簡單易理解性，然后，由于FPGA的互聯網絡有限性，設計這樣一個陣列仍有許多值得注意的問題。論文提出使用保守近似處理在全局運動估計中減少功耗，其本質是消除不必要的冗余運算。宏塊的最小誤差匹配是一個典型的串行操作過程。論文新提出的方法是在進行絕對匹配前使用保守計算，如果保守誤差值與最小誤差差別過大，則不進行絕對誤差計算。 總的說來，論文實現了兩個目標：通過心肌陣列實現了實時的運動估計編碼，通過在算法層次引入控制電路，降低運動估計電路的功耗。
上傳時間： 2013-06-23
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電力線通信技術利用分布廣泛的低壓電力線作為通信信道，實現internet高速互連，為用戶提供互聯網訪問、視頻點播等服務，形成包括電力在內的“四網合一”，目前正受到人們的關注。利用該技術，可以在居民區內建立寬帶接入網，也可以利用遍布家庭各個房間的電源插座組成家庭局域網。但是電力線是傳輸電能的，因此通過電力線傳輸數據有許多的問題需要解決。 OFDM(正交頻分復用)技術是實現電力線通信的一項熱門技術。OFDM采用添加循環前綴的技術，能有效地降低ICI(信道間干擾)和ISI(碼間干擾)。同時通過使用正交的子信道，大大提高了頻譜資源利用率。FPGA作為可編程邏輯器件，具有設計時間短、投資少、風險小的特點，而且可以反復修改，反復編程，直到完全滿足需要，具有其他方式無可比擬的方便性和靈活性，能夠加速數字系統的研發速度。本文著重研究了OFDM同步技術在FPGA上的實現。本論文主要是在項目組工作的基礎上構造雙路信號數據糾正算法流程，提出最佳采樣點與載波相位估計算法，完善中各個子模塊算法的硬件設計流程。內容安排如下：第一章介紹OFDM(正交頻分復用)技術的發展歷史、技術原理。第二章介紹了PLD的分類、工藝和結構特點，以及FPGA的開發環境、開發流程和Verilog語言的特點。第三章對OFDM系統的同步模塊進行詳細的闡述。第四章是OFDM同步算法的在FPGA上的實現，對各個子模塊進行仿真，給出了仿真波形圖和系統性能分析。最后，第五章總結了全文的工作，對OFDM技術的實現需要進一步完善的方面與后續工作進行了探討。
上傳時間： 2013-04-24
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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