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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統可再編程及在系統調試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發成本進一步降低、開發時間也大大縮短等優點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數據都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發板的設計與實現。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數據配置電纜USB-Blaster,對其內部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調試,完成測試與驗證,實現了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QUARTUSII開發環境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發設計的難度。 與傳統的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發板與其同類產品相比有較強的競爭力。
標簽：
FPGA
USB
2.0
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2013-04-24
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術的發展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統的模擬電視,到標清、高清、全高清。與顯示技術發展結伴而行的是顯示接口技術的發展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數字顯示的DVI接口,技術上經歷了一個從模擬到數字,從并行到串行,從低速到高速的發展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護等功能,符合當今技術的發展潮流,一經推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設備的標準接口之一,并獲得了越來越廣泛的應用。 從上世紀80年代XILINX發明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結構和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優點廣泛應用與IC設計、系統控制、視頻處理、通信系統、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數據量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設計上,針對HDMI和DDR2的相關高速電路,采用了一系列的高速電路設計方法,有效的避免了信號的反射,串擾等不良現象。同時在對HDMI規范和DDR2 SDRAM時序規范的深入研究的基礎上,在ALTERA的開發平臺QUARTUSII上編寫了系統的頂層模塊和相關各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創新點表現在以下幾個方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規范和新型存儲器件DDR2的時序規范。 2、論文搭建的整個系統相當龐大,涉及到相關的規范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅動顯示器件,區別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
標簽：
FPGA
HDMI
顯示系統
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2013-07-28
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語音編碼技術始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸的一個重要環節，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯合開發的，國際電信聯盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復雜度以便于實時實現。因其具有良好的合成語音質量、適中的復雜度、較低的時延等優點，G729A標準已被廣泛應用在VOIP網關、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數字信號處理領域的優勢，對G729A語音編碼中的線性預測(LP)濾波器系數提取的FPGA(現場可編程門陣列，Field Programmable Gate Array)實現進行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發展進行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內部結構進行了研究，分析了在QUARTUSII開發平臺上進行FPGA設計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統的LP分析部分做了具體設計，其中包括自相關函數和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進行了詳細的分析。第四，針對系統所使用的除法運算都是商小于1的特點，設計并實現了一個系統專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統進行了驗證，證明了方案的可行性。
標簽：
G729A
FPGA
語音編解碼
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2013-06-20
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本文將高效數字調制方式QAM和軟件無線電技術相結合，在大規模可編程邏輯器件FPGA上對16QAM算法實現。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現實意義。 論文對16QAM軟件實現的基礎理論，帶通采樣理論、變速率數字信號處理相關抽取內插技術做了推導和分析；深入研究了軟件無線電核心技術數字下變頻原理和其實現結構；對CIC、半帶等高效數字濾波器原理結構和性能作了研究；16QAM調制和解調系統設計采用自項向下設計思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QUARTUSII環境下實現代碼輸入；對系統調試采用了算法仿真和在系統實測調試相結合方法。 論文首先對16QAM調制解調算法進行系統級仿真，并對實現的各模塊的可行性仿真驗證，在此基礎上，完成了調制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實現了16QAM調制器；給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統在200KHz帶寬下實現了512Kbps的高速數據數率傳輸。論文還對增強型數字鎖相環EPLL的實現結構進行了研究和性能分析。
標簽：
FPGA
QAM
16
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2013-07-10
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軟件無線電作為一種新的無線通信概念和體制，近年來隨著3G標準的提出，日益受到國內外相關通信廠商的重視。尤其是基于軟件無線電和智能天線技術的TD-SCDMA作為通信史上第一個“中國標準”，有望扭轉多年來我國移動通信制造業的被動局面，是實現信息產業騰飛的一個絕好機會。軟件無線電使得通信體制具有很好的通用性、靈活性和可配置性，并使系統互聯和升級變得容易。本文以軟件無線電中的FIR濾波器為線索，貫穿了信號重構、多抽樣率信號處理、積分梳狀濾波器等理論分析，重點闡釋了FIR濾波器的設計方法及濾波器的FPGA實現等技術問題。 本文首先針對軟件無線電中的多抽樣率信號處理理論進行了討論和分析。討論了軟件無線電中如何實現整數倍抽取、整數倍內插、分數倍抽樣率變換，并分析了網絡結構的等效變換、多相濾波及積分梳狀濾波器的設計理論。 緊接著重點闡述了軟件無線電中FIR濾波器的設計理論，包括窗函數法、頻率抽樣法及等紋波法。分析了各種設計方法所能達到的性能指標及優缺點，并結合工程實例給出了相關的Matlab程序。并對FIR濾波器結構的選擇及系數字長的確定等問題進行了分析。此外，也介紹了在Matlab進行輔助設計時一些常用函數和命令的用法。 本文選用FPGA來實現中頻軟件無線電，FPGA與參數化ASIC、DSP比較有很多優勢，它不但在功耗、體積、成本方面優于參數化ASIC、DSP，而且處理效率高、現場可編程性能良好。不同于DSP的單流處理方式，FPGA是多流并行處理，這種處理方式使FPGA能完成DSP難以實現的許多功能。在簡單介紹了FPGA的一般原理，以及FPGA設計中的關鍵技術和在信號處理中的設計原則以后，重點介紹了FIR濾波器的FPGA實現方法。提出了分布式算法、加法器網絡法以及分段FIFO等實現方法。最后，提出了一種QUARTUSII與MATLAB聯合仿真的方法。此方法能夠直觀的檢驗濾波器的濾波效果，提高設計效率。并結合工程實例詳盡的介紹了FIR濾波器的設計開發流程。
標簽：
Matlab
FPGA
FIR
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2013-04-24
上傳用戶：gengxiaochao
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隨著移動終端、多媒體、Internet網絡、通信，圖像掃描技術的發展，以及人們對圖象分辨率，質量要求的不斷提高，用軟件壓縮難以達到實時性要求，而且會帶來因傳輸大量原始圖象數據帶來的帶寬要求，因此采用硬件實現圖象壓縮已成為一種必然趨勢。而熵編碼單元作為圖像變換，量化后的處理環節，是圖像壓縮中必不可少的部分。研究熵編解碼器的硬件實現，具有廣闊的應用背景。本文以星載視頻圖像壓縮的硬件實現項目為背景，對熵編碼器和解碼器的硬件實現進行探討，給出了并行熵編碼和解碼器的實現方案。熵編解碼器中的難點是huffman編解碼器的實現。在設計并行huffman編碼方案時通過改善Huffman編碼器中變長碼流向定長碼流轉換時的控制邏輯,避免了因數據處理不及時造成數據丟失的可能性，從而保證了編碼的正確性。而在實現并行的huffman解碼器時，解碼算法充分利用了規則化碼書帶來的碼字的單調性，及在特定長度碼字集內碼字變化的連續性，將并行解碼由模式匹配轉換為算術運算，提高了存儲器的利用率、系統的解碼效率和速度。在實現并行huffman編碼的基礎上，結合針對DC子帶的預測編碼，針對直流子帶的游程編碼，能夠對圖像壓縮系統中經過DWT變換，量化，掃描后的數據進行正確的編碼。同時，在并行huffman解碼基礎上的熵解碼器也可以解碼出正確的數據提供給解碼系統的后續反量化模塊，進一步處理。在本文介紹的設計方案中，按照自頂向下的設計方法，對星載圖像壓縮系統中的熵編解碼器進行分析，進而進行邏輯功能分割及模塊劃分，然后分別實現各子模塊，并最終完成整個系統。在設計過程中，用高級硬件描述語言verilogHDL進行RTL級描述。利用了Altera公司的QUARTUSII開發平臺進行設計輸入、編譯、仿真，同時還采用modelsim仿真工具和symplicity的綜合工具，驗證了設計的正確性。通過系統波形仿真和下板驗證熵編碼器最高頻率可以達到127M，在62.5M的情況下工作正常。而熵解碼器也可正常工作在62.5M，吞吐量可達到2500Mbps，也能滿足性能要求。仿真驗證的結果表明：設計能夠滿足性能要求，并具有一定的使用價值。
標簽：
FPGA
圖象壓縮
熵
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2013-05-19
上傳用戶：吳之波123
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逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QUARTUSII的開發流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QUARTUSII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
標簽：
FPGA
逆變器
控制芯片
上傳時間：
2013-05-28
上傳用戶：ice_qi
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在衛星遙感設備中，隨著遙感技術的發展和對傳輸式觀測衛星遙感圖像質量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數據存儲量和傳輸數據量的急劇增長，然而衛星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數據碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數據的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。FPGA器件為實現數據壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺，經過設計輸入，仿真，測試和校驗，直到達到預期的結果，減少了開發周期。小波變換能夠適應現代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標準JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結構簡單，能夠實現快速算法，有利于硬件實現，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛星遙感圖像的數據流，主要研究可以對衛星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結構和FPGA設計中的關鍵技術，從邊界延拓、濾波器結構、整數小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論，并且完成了針對衛星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現。采用VerIlog語言對設計進行了仿真驗證，并將仿真結果同matlab仿真結果進行了比較，比較結果表明該方案能實現對衛星遙感圖像數據流的二維提升小波變換的功能。同時QUARTUSII綜合結果也表明，系統時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛星圖像的小波變換處理。
標簽：
FPGA
提升機
二維
離散小波
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2013-06-15
上傳用戶：00.00
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近年來,隨著微電子技術的高速發展,數字圖像壓縮編碼技術的逐漸成熟,實時圖象處理在多媒體、HDTV、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用,圖像壓縮/解壓的IC芯片也已成為多媒體技術的核心,實現這些算法芯片的研究成為信息產業的新熱點.該文基于FPGA設計了JPEG圖像壓縮編解碼芯片,通過改進算法優化結構,在合理地利用硬件資源的條件下,有效地挖掘出算法內在的并行性.在JPEG編碼器設計中,改進了JEONG的DCT變換算法,采用流水線優化算法解決時間并行性問題,提高了DCT/IDCT模塊的運算速度;設計了基于查找表結構的定點乘法器,便于在設計中共享乘法單元,以適應流水線設計的要求;依據Huffman編碼表的規律性,采用并行查找表結構,用較少的存儲單元完成Huffman編解碼的運算,同時也提高了編解碼速度.在JPEG解碼器設計中,根據Huffman碼字本身的特點和JPEG標準,設計了一種Huffman碼字分組結構,基于該結構提出分組Huffman查找表及地址編碼的設計方法,進而完成了新的快速Huffman解碼算法及其模塊設計.整個設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平臺上進行了邏輯綜合及功能和時序仿真.綜合和仿真結果表明,基于FPGA的JPEG圖像編解碼芯片消耗很少的FPGA硬件資源,達到了較高的工作頻率,在速度和資源利用率方面均達到了較優的狀態,可滿足實時JPEG圖像編解碼的要求.在邏輯設計的基礎上,該設計可以進一步作硬件仿真和實驗,將源代碼燒錄進FPGA芯片,作為獨立器件或有自主知識產權的JPEG IP模塊,應用于可視電話、手機和會議電視等低成本JPEG編解碼系統的實現.
標簽：
FPGA
JPEG
編解碼
芯片設計
上傳時間：
2013-05-31
上傳用戶：yuying4000
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標簽：
QUARTUSII
上傳時間：
2013-08-05
上傳用戶：youke111
