隨著計算機技術和通信技術的迅速發(fā)展，數(shù)字視頻在信息社會中發(fā)揮著越來越重要的作用，視頻傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應用于交通管理、工業(yè)監(jiān)控、廣播電視、銀行、商場等多個領域。同時，F(xiàn)PGA單片規(guī)模的不斷擴大，在FPGA芯片內部實現(xiàn)復雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實，因此采用FPGA實現(xiàn)視頻壓縮和傳輸已成為一種最佳選擇。 本文將視頻壓縮技術和光纖傳輸技術相結合，設計了一種基于無損壓縮算法的多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)利用時分復用和無損壓縮技術，采用串行數(shù)字視頻傳輸?shù)姆绞剑稍谝桓饫w中同時傳輸8路以上視頻信號。系統(tǒng)在總體設計時，確定了基于FPGA的設計方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片實現(xiàn)A/D轉換和D/A轉換，在FPGA里實現(xiàn)系統(tǒng)的時分復用/解復用、視頻數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮和線路碼編解碼，利用光收發(fā)一體模塊實現(xiàn)電光轉換和光電轉換。視頻壓縮采用LZW無損壓縮算法，用Verilog語言設計了壓縮模塊和解壓縮模塊，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO來緩存壓縮/解壓縮單元的輸入輸出數(shù)據(jù)，光纖線路碼采用CIMT碼，設計了編解碼模塊，解碼過程中，利用數(shù)字鎖相環(huán)來實現(xiàn)發(fā)射與接收的幀同步，在ISE8.2和Modelsim仿真環(huán)境下對FPGA模塊進行了功能仿真和時序仿真，并在Spartan-3E開發(fā)板和視頻擴展板上完成了系統(tǒng)的硬件調試與驗證工作，實驗證明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，圖像清晰，實時傳輸效果好，可用于交通、安防、工業(yè)監(jiān)控等多個領域。 本文將視頻壓縮和線路碼編解碼在FPGA里實現(xiàn)，利用FPGA的并行處理優(yōu)勢，大大提高了系統(tǒng)的處理速度，使系統(tǒng)具有集成度高、靈活性強、調試方便、抗干擾能力強、易于升級等特點。
標簽： FPGA 數(shù)字視頻 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字信號處理是信息科學中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學科之一。常用的實現(xiàn)高速數(shù)字信號處理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、邏輯實現(xiàn)能力強、速度快、設計靈活性好等眾多優(yōu)點，尤其在并行信號處理能力方面比DSP更具優(yōu)勢。在信號處理領域，經(jīng)常需要對多路信號進行采集和實時處理，為解決這一問題，本文設計了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。 本文首先介紹數(shù)字信號處理系統(tǒng)的組成和數(shù)字信號處理的優(yōu)點，然后通過FFT算法的比較選擇和硬件實現(xiàn)方案的比較選擇，進行總體方案的設計。在硬件方面，特別討論了信號調理模塊、模數(shù)轉換模塊、FPGA芯片配置等功能模塊的設計方案和硬件電路實現(xiàn)方法。信號處理單元的設計以Xilinx ISE為軟件平臺，采用VHDL和IP核的方法，設計了時鐘產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)滑動模塊、FFT運算模塊、求模運算模塊、信號控制模塊，完成信號處理單元的設計，并采用ModelSim仿真工具進行相關的時序仿真。最后利用MATLAB對設計進行驗證，達到技術指標要求。
標簽： 同步數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-07
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-05-30
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視頻監(jiān)控一直是人們關注的應用技術熱點之一，它以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對多路視頻信號進行實時監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕，則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術的視頻圖像畫面分割器的設計與實現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設計；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數(shù)字電路集成在一起，電路結構簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經(jīng)視頻解碼芯片轉換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據(jù)畫面分割需要進行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取，并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后，按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態(tài)配置等方法，實現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設計和進一步擴展功能，同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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內部存儲器負責計算機系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)的中轉、存儲與讀取，作為計算機系統(tǒng)中必不可少的三大件之一，它對計算機系統(tǒng)性能至關重要。內存可以說是CPU處理數(shù)據(jù)的“大倉庫”，所有經(jīng)過CPU處理的指令和數(shù)據(jù)都要經(jīng)過內存?zhèn)鬟f到電腦其他配件上，因此內存性能的好壞，直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行性能。在當今的電子系統(tǒng)設計中，內存被使用得越來越多，并且對內存的要求越來越高。既要求內存讀寫速度盡可能的快、容量盡可能的大，同時由于競爭的加劇以及利潤率的下降，人們希望在保持、甚至提高系統(tǒng)性能的同時也能降低內存產(chǎn)品的成本。面對這種趨勢，設計和實現(xiàn)大容量高速讀寫的內存顯得尤為重要。因此，近年來內存產(chǎn)品正經(jīng)歷著從小容量到大容量、從低速到高速的不斷變化，從技術上也就有了從DRAM到SDRAM，再到DDR SDRAM及DDR2 SDRAM等的不斷演進。和普通SDRAM的接口設計相比，DDR2 SDRAM存儲器在獲得大容量和高速率的同時，對存儲器的接口設計也提出了更高的要求，其接口設計復雜度也大幅增加。一方面，由于I/O塊中的資源是有限的，數(shù)據(jù)多路分解和時鐘轉換邏輯必須在FPGA核心邏輯中實現(xiàn)，設計者可能不得不對接口邏輯進行手工布線以確保臨界時序。而另一方面，不得不處理好與DDR2接口有關的時序問題（包括溫度和電壓補償）。要正確的實現(xiàn)DDR2接口需要非常細致的工作，并在提供設計靈活性的同時確保系統(tǒng)性能和可靠性。 本文對通過Xilinx的Spartan3 FPGA實現(xiàn)DDR2內存接口的設計與實現(xiàn)進行了詳細闡述。通過Xilinx FPGA提供了I/O模塊和邏輯資源，從而使接口設計變得更簡單、更可靠。本設計中對I/O模塊及其他邏輯在RTL代碼中進行了配置、嚴整、執(zhí)行，并正確連接到FPGA上，經(jīng)過仔細仿真，然后在硬件中驗證，以確保存儲器接口系統(tǒng)的可靠性。
上傳時間： 2013-06-08
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由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現(xiàn)的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經(jīng)廣泛應用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。然而隨著航天事業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設計與實現(xiàn)、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現(xiàn)一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內部進行功能和時序確認，最終在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能。本文所實現(xiàn)的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內此領域內的相關產(chǎn)品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(shù)(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設計和調試一根據(jù)已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設計問題，包括編譯碼的基本結構，各個模塊的功能及實現(xiàn)策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據(jù)軟件仿真結果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設計。利用卷積碼本身的特點，結合FPGA內部結構，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設備在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數(shù)傳系統(tǒng)進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
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雷達信號處理是雷達系統(tǒng)的重要組成部分。在數(shù)字信號處理技術飛速發(fā)展的今天，雷達信號處理中也普遍使用數(shù)字信號處理技術。而現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在數(shù)字信號處理中的廣泛應用，使得FPGA在雷達信號處理中也占據(jù)了重要地位。 針對雷達信號處理的設計與實現(xiàn)，本文在以下兩個方面展開研究： 一方面以線性調頻信號(LFM)為例，分別對幾種基本的雷達信號處理，如正交相干檢波、脈沖壓縮、動目標顯示(MTI)/動目標檢測(MTD)和恒虛警(CFAR)詳細地闡述了其原理，在此基礎上給出了其經(jīng)常采用的實現(xiàn)方法，并在MATLAB環(huán)境中對各個環(huán)節(jié)進行了參數(shù)化仿真，詳盡地給出了各環(huán)節(jié)的仿真波形圖。針對仿真結果，直觀形象地說明了不同實現(xiàn)方法的優(yōu)劣。 另一方面結合MATLAB仿真結果，給出利用FPGA實現(xiàn)雷達信號處理的方案。在Xilinx ISE6.3i軟件集成環(huán)境下，通過對Xilinx提供的IP核的調用，并與VHDL語言相結合，完成雷達信號處理的FPGA實現(xiàn)。
標簽： FPGA 雷達信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：ylwleon
計算機圖形學中真實感成像包括兩部分內容：物體的精確圖形表示；場景中光照效果的適當?shù)拿枋觥９庹招Чü獾姆瓷洹⑼该餍浴⒈砻婕y理和陰影。對物體進行投影，然后再可見面上產(chǎn)生自然光照效果，可以實現(xiàn)場景的真實感顯示。光照明模型主要用于物體表面某點處的光強度計算。面繪制算法是通過光照模型中的光強度計算，以確定場景中物體表面的所有投影像素點的光強度。Phong明暗處理算法是生成真實感3D圖像最佳算法之一。但是由于其大量的像素級運算和硬件難度而在實現(xiàn)實時真實感圖形繪制中被Gotuaud明暗處理算法所取代。VLSI技術的發(fā)展以及對于高真實感實時圖形的需求使得Phong明暗處理算法的實現(xiàn)成為可能。利用泰勒級數(shù)近似的Fast Phong明暗處理算法適合硬件實現(xiàn)。此算法需要存儲大量數(shù)據(jù)的ROM。這增加了實現(xiàn)的難度。 本文完成了以下工作： 1、本文簡述了實時真實感圖形繪制管線，詳細敘述了所用到的光照明模型和明暗處理方法，并對幾種明暗處理方法的效果作了比較，實驗結果表明Fast Phong明暗處理算法適用于實時真實感圖形繪制。 2、在熟悉Xilinx公司FPGA芯片結構及其開發(fā)流程的基礎上，結合Xilinx公司提供的FPGA開發(fā)工具ISE 7.1i，仿真工具為ISE simulator，綜合工具為XST；完成了Fast Phong明暗處理模塊的FPGA設計與實現(xiàn)。綜合得到的電路的最高頻率為54.058MHz。本文的Fast Phong明暗處理硬件模塊適用于實時真實感圖形繪制。 3、本文通過誤差分析，提出了優(yōu)化的查找表結構。通過在FPGA上對本文所提結構進行驗證。結果表明，本方案在提高速度、精度的同時將ROM的數(shù)據(jù)量從64K*8bit減少至13K*8bit。
上傳時間： 2013-06-21
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視頻圖像處理的應用越來越廣泛，各種處理算法也日趨成熟，相關的硬件技術不斷地推陳出新。視頻圖像處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一般來說有三種方式：數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor)、專用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關電路組成。最近幾年，隨著電子設計自動化(Electronic Design Automation)技術的迅速發(fā)展，使得基于FPGA的可編程片上系統(tǒng)(System On a Programmable Chip)逐漸成為嵌入式系統(tǒng)。應用的一種趨勢。特別地，在視頻圖像處理系統(tǒng)設計中，數(shù)據(jù)量大，要求處理速度快，靈活性高，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。鑒于此，本文對基于FPGA和SOPC技術的視頻圖像處理系統(tǒng)進行了研究。 本文介紹了Xilinx公司FPGA的結構和功能特點，以及可編程片上系統(tǒng)的開發(fā)工具和片內系統(tǒng)設計流程。根據(jù)視頻信號的相關知識，編寫了視頻圖像處理IP核，構建了視頻圖像處理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以FPGA為核心器件，內嵌PowerPC405處理器模塊，通過ⅡC總線完成視頻解碼芯片的初始化，總體上實現(xiàn)了對視頻圖像信號的采集、處理、存儲和顯示。 本文最后對系統(tǒng)進行了調試。經(jīng)過實驗驗證，系統(tǒng)能正確和可靠地工作。整個系統(tǒng)的邏輯資源消耗占FPGA的百分之十幾，剩余的資源可以做許多硬件算法或其它方面的應用。
標簽： 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
上傳用戶：kaka
無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡技術和無線通信技術相結合的產(chǎn)物，是利用無線媒介傳輸信息的計算機網(wǎng)絡。在無線通信信道中，由于多徑時延不可避免地存在符號間干擾，正交頻分復用(OFDM)作為一種可以有效對抗符號間干擾(ISI)和提高頻譜利用率的高速傳輸技術，引起了廣泛關注。在無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)中，OFDM調制技術已經(jīng)被采用作為其物理層標準，并且公認為是下一代無線通信系統(tǒng)中的核心技術。基于IEEE802.11a的無線局域網(wǎng)標準的物理層采用了OFDM技術，能有效的對抗多徑信道衰落，達到54Mbps的速度，而未來而的IEEE802.11n將達到100Mbps的高速。因此，研發(fā)以OFDM為核心的原型機研究非常有必要。 本文在深入理解OFDM技術的同時，結合相應的EDA工具對系統(tǒng)進行建模并基于IEEE802.11a物理層標準給出了一種OFDM基帶發(fā)射機系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)方案。整個設計采用目前主流的自頂向下的設計方法，由總體設計至詳細設計逐步細化。在系統(tǒng)功能模塊的FPGA實現(xiàn)過程中，針對Xilinx一款160萬門的Spartan-3E XCS1600E芯片，依照：IEEE802.11a幀格式，對發(fā)射機系統(tǒng)各個模塊進行了詳細設計和仿真： (1)訓練序列生成模塊，包括長，短訓練序列； (2)信令模塊，包括卷積編碼，交織，BPSK調制映射； (3)數(shù)據(jù)模塊，包括加擾，卷積編碼，刪余，交織，BPSK/QPSK/16QAM/64QAM調制映射； (4)OFDM處理部分，包括導頻插入，加循環(huán)前綴，IFFT處理； (5)對整個發(fā)射處理部分聯(lián)調，并給出仿真結果另外，還完成了接收機部分模塊的FPGA設計，并給出了相應的頂層結構與仿真波形。最后提出了改進和進一步開發(fā)的方向。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：李彥東
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