隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與嵌入式控制技術(shù)的迅速發(fā)展，作為傳統(tǒng)運(yùn)輸行業(yè)的鐵路系統(tǒng)對(duì)此也有了新的要求，列車通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過多年的發(fā)展，國際電工委員會(huì)(IEC)為了規(guī)范列車通信網(wǎng)絡(luò)，于1999年通過了IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將列車通信網(wǎng)絡(luò)分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信介質(zhì)，為掛在其上的設(shè)備傳輸和交換數(shù)據(jù)。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實(shí)際物理層之間的接口，其主要實(shí)現(xiàn)MVB數(shù)據(jù)鏈路層的功能。由于該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)仍被國外公司壟斷，因此開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)MVBC的技術(shù)特點(diǎn)，本文提出了使用FPGA來實(shí)現(xiàn)其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設(shè)備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設(shè)備的MVBC具有設(shè)備狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設(shè)備。本文的目的就是用FPGA實(shí)現(xiàn)支持4類設(shè)備的MVBC。 本文采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。整個(gè)MVBC主要?jiǎng)澐譃椋壕幋a模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報(bào)文分析單元、通信存儲(chǔ)控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個(gè)開發(fā)流程中，使用Xilinx的ISE集成開發(fā)環(huán)境。使用Verilog HDL硬件描述語言對(duì)上述各個(gè)模塊進(jìn)行RTL級(jí)描述，并用Synplify Pro進(jìn)行綜合。最后，在ModelSim中對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了布線后仿真和驗(yàn)證。 在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過嚴(yán)格的仿真驗(yàn)證后，其結(jié)果證明了本文設(shè)計(jì)的模塊達(dá)到了IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，用FPGA實(shí)現(xiàn)MVBC這一方案具有可操作性。 關(guān)鍵詞：列車通信網(wǎng)；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一種能同時(shí)支持短距離和長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇型ㄐ沤涌冢粡V泛應(yīng)用于微機(jī)和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是這些專用的串行接口芯片的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢，難以滿足高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，而更重要的就是它們都具有不可移植性，因此要利用這些芯片來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和FPGA芯片之間的通信，勢(shì)必會(huì)增加接口連線的復(fù)雜程度以及降低整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。 本課題就是針對(duì)UART的特點(diǎn)以及FPGA設(shè)計(jì)具有可移植性的優(yōu)勢(shì)，提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設(shè)計(jì)方法，其中主要包括狀態(tài)機(jī)的描述形式以及自頂向下的設(shè)計(jì)方法，利用硬件描述語言來編制UART的各個(gè)子功能模塊以及頂層模塊，之后將其集成到FPGA芯片的內(nèi)部，這樣不僅能解決傳統(tǒng)UART芯片的缺點(diǎn)而且同時(shí)也使整個(gè)系統(tǒng)變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設(shè)計(jì)的LIART支持標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C傳輸協(xié)議，主要設(shè)計(jì)有發(fā)送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度以及奇偶校驗(yàn)方式，還有多種中斷源、中斷優(yōu)先級(jí)、較強(qiáng)的抗干擾數(shù)據(jù)接收能力以及芯片內(nèi)部自診斷的能力，模塊內(nèi)分開的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器能實(shí)現(xiàn)全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO，采用兩種可選擇的數(shù)據(jù)緩沖模式。這樣既可以應(yīng)用于高速的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境，也能適合低速的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合，因此可以達(dá)到資源利用的最大化。 在具體的設(shè)計(jì)過程中，利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發(fā)環(huán)境中對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行綜合優(yōu)化、仿真驗(yàn)證以及下載實(shí)現(xiàn)。各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，本課題中所設(shè)計(jì)的UART滿足預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
上傳時(shí)間： 2013-08-02
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并行總線PATA從設(shè)計(jì)至今已快20年歷史，如今它的缺陷已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA總線所取代。SATA作為新一代磁盤接口總線，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置數(shù)據(jù)/命令校驗(yàn)單元，支持熱插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的傳輸速度。目前SATA已在存儲(chǔ)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)尚無獨(dú)立研發(fā)的面向FPGA的SATAIP CORE，在這樣的條件下設(shè)計(jì)面向FPGA應(yīng)用的SATA IP CORE具有重要的意義。 本論文對(duì)協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的分析，建立了SATA IP CORE的層次結(jié)構(gòu)，將設(shè)備端SATA IP CORE劃分成應(yīng)用層、傳輸層、鏈路層和物理層；介紹了實(shí)現(xiàn)該IPCORE所選擇的開發(fā)工具、開發(fā)語言和所選用的芯片；在此基礎(chǔ)上著重闡述協(xié)議IP CORE的設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)予以分別闡述，并編碼實(shí)現(xiàn)；最后進(jìn)行綜合和測(cè)試。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)實(shí)現(xiàn)了1.5Gbps的串行傳輸鏈路；設(shè)計(jì)滿足協(xié)議需求、適合FPGA設(shè)計(jì)的并行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多狀態(tài)機(jī)的協(xié)同工作：在高速設(shè)計(jì)中，使用了流水線方法進(jìn)行并行設(shè)計(jì)，以提高速度，考慮到系統(tǒng)不同部分復(fù)雜度的不同，設(shè)計(jì)采用部分流水線結(jié)構(gòu)；采用在線邏輯分析儀Chipscope pro與SATA總線分析儀進(jìn)行片上調(diào)試與測(cè)試，使得調(diào)試工作方便快捷、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；嚴(yán)格按照SATA1.0a協(xié)議實(shí)現(xiàn)了SATA設(shè)備端IP CORE的設(shè)計(jì)。 最終測(cè)試數(shù)據(jù)表明，本論文設(shè)計(jì)的基于FPGA的SATA IP CORE滿足協(xié)議需求。設(shè)計(jì)中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在固態(tài)電子硬盤SSD(Solid-State Disk)開發(fā)中應(yīng)用本設(shè)計(jì)，將使開發(fā)變得方便快捷，更能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求。
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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人臉自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是模式識(shí)別、圖像處理等學(xué)科的一個(gè)最熱門研究課題之一。隨著社會(huì)的發(fā)展,各方面對(duì)快速有效的自動(dòng)身份驗(yàn)證的要求日益迫切，而人臉識(shí)別技術(shù)作為各種生物識(shí)別技術(shù)中最重要的方法之一，已經(jīng)越來越多的受到重視。對(duì)于具有實(shí)時(shí)，快捷，低誤識(shí)率的高性能算法以及對(duì)算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細(xì)分析了智能人臉識(shí)別算法原理，發(fā)展概況和前景，包括人臉檢測(cè)算法，人眼定位算法，預(yù)處理算法，PCA和ICA 算法，詳細(xì)分析了項(xiàng)目情況，系統(tǒng)劃分，軟硬件平臺(tái)的資源和使用。并在ISE軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言(verilog HDL)對(duì)算法部分嚴(yán)格按照FPGA代碼風(fēng)格進(jìn)行了RTL 硬件建模，并對(duì)C++算法進(jìn)行了優(yōu)化處理，通過仿真與軟件算法結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，評(píng)估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進(jìn)行了綜合實(shí)現(xiàn)。 主要研究?jī)?nèi)容如下： 首先，對(duì)硬件平臺(tái)xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統(tǒng)資源進(jìn)行了描述和研究，對(duì)存儲(chǔ)器sdram,RS-232 串口，JTAG 進(jìn)行了研究和調(diào)試，對(duì)Coreconnect的OPB總線仲裁機(jī)理進(jìn)行了兩種算法的比較，RTL 設(shè)計(jì)，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺(tái)，對(duì)verilog和C++算法進(jìn)行同步比較測(cè)試，使每步算法對(duì)應(yīng)正確的結(jié)果。對(duì)軟硬件平臺(tái)的合理使用使得在項(xiàng)目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時(shí)正確選型，以及加快設(shè)計(jì)和調(diào)試進(jìn)度。其次，對(duì)人臉識(shí)別算法流程中的人臉檢測(cè)，人眼定位，預(yù)處理，識(shí)別算法分別進(jìn)行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對(duì)其原理進(jìn)行了分析討論。人臉檢測(cè)采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現(xiàn)優(yōu)異。人眼定位采用小塊合并算法，因?yàn)樗哂锌焖伲瑴?zhǔn)確，弱時(shí)實(shí)的特點(diǎn)。預(yù)處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡(jiǎn)單，高效。 識(shí)別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態(tài)和光照對(duì)人臉識(shí)別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進(jìn)行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎(chǔ)上，保證原來效果的前提下，根據(jù)FPGA 硬件特點(diǎn)對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化。視頻輸入輸出是人臉識(shí)別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數(shù)據(jù)，預(yù)處理算法在C++算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，最大的減少了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度，16 位計(jì)算器模塊使得在算法實(shí)現(xiàn)時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)要求，在FPGA的ip 核和自己設(shè)計(jì)的模塊之間選擇性能更好的一個(gè)來調(diào)用，F(xiàn)IFO的設(shè)計(jì)提供同步和異步時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)緩存。設(shè)計(jì)在ISE和VC++軟件平臺(tái)同時(shí)進(jìn)行，隨時(shí)對(duì)verilog和C++數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比對(duì)。全部設(shè)計(jì)模塊通過仿真，達(dá)到預(yù)定的性能要求，并在FPGA 上綜合實(shí)現(xiàn)。
上傳時(shí)間： 2013-07-13
上傳用戶：李夢(mèng)晗
國家863項(xiàng)目“飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)FC通信卡研制”的任務(wù)是研究設(shè)計(jì)符合CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的FC通信卡。本課題是這個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)一步引伸，用于設(shè)計(jì)SCI串行通信接口，以實(shí)現(xiàn)環(huán)上多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的高速串行通信。 本文以此項(xiàng)目為背景，對(duì)基于FPGA的SCI串行通信接口進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)。論文先概述SCI協(xié)議，接著對(duì)SCI串行通信接口的兩個(gè)模塊：SCI節(jié)點(diǎn)模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。 SCI節(jié)模型包含Aurora收發(fā)模塊、中斷進(jìn)程、旁路FIFO、接受和發(fā)送存儲(chǔ)器、地址解碼、MUX。在SCI節(jié)點(diǎn)模型的實(shí)現(xiàn)上，利用FPGA內(nèi)嵌的RocketIO高速串行收發(fā)器實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實(shí)現(xiàn)了Aurora鏈路層協(xié)議；設(shè)計(jì)一個(gè)同步FIFO實(shí)現(xiàn)旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收存儲(chǔ)器；中斷進(jìn)程、地址解碼和多路復(fù)合分別在控制邏輯中實(shí)現(xiàn)。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個(gè)部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實(shí)現(xiàn)CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負(fù)責(zé)對(duì)PCI核進(jìn)行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信接口具體的內(nèi)部邏輯功能；并引入中斷機(jī)制來提高SCI通信接口與主機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的速率。 設(shè)計(jì)選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、綜合、布局布線，利用Modelsim進(jìn)行功能及時(shí)序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅(qū)動(dòng)程序，用VC++6.0編寫相應(yīng)的測(cè)試應(yīng)用程序。最后，將FPGA設(shè)計(jì)下載到FC通信卡中運(yùn)行，并利用ISE內(nèi)嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)行結(jié)果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進(jìn)一步完善的地方。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)在人機(jī)交互領(lǐng)域的極大發(fā)展，作為人臉信息處理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，人臉檢測(cè)現(xiàn)在已經(jīng)成為模式識(shí)別，計(jì)算機(jī)視覺和人機(jī)交互領(lǐng)域不可缺少的一部分。但是，人臉檢測(cè)算法存在計(jì)算量大、速度慢等缺點(diǎn)。軟件實(shí)現(xiàn)方式無法達(dá)到實(shí)時(shí)處理要求，而現(xiàn)有的硬件實(shí)現(xiàn)需要占用大量硬件資源。 本文針對(duì)現(xiàn)有人臉檢測(cè)硬件實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)，通過對(duì)Adaboost算法和現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的分析，提出了雙流水線硬件檢測(cè)架構(gòu)：掃描窗口流水線、特征向量流水線。并在Vertex-II Pro FPGA平臺(tái)驗(yàn)證成功，達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。具體工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括如下幾點(diǎn)： 介紹了人臉檢測(cè)的原理以及人臉檢測(cè)經(jīng)典算法。其中，詳細(xì)介紹了Adaboost算法。 對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。指出現(xiàn)有各架構(gòu)的缺點(diǎn)，即資源占用多，檢測(cè)速度慢。針對(duì)這兩個(gè)問題，本文提出了一個(gè)適合嵌入式應(yīng)用的掃描窗口、特征向量雙流水線檢測(cè)硬件架構(gòu)，詳細(xì)說明了該架構(gòu)的工作原理，并在該架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過加入預(yù)測(cè)加載技術(shù)，進(jìn)一步提高檢測(cè)速度。隨后，采用存儲(chǔ)器訪問效率，架構(gòu)內(nèi)部存儲(chǔ)單元大小，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短，運(yùn)算單元數(shù)量四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)比較了新架構(gòu)和現(xiàn)有架構(gòu)的差別，顯示出新架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。 基于提出的架構(gòu)，給出了Adaboost人臉檢測(cè)系統(tǒng)的VLSI實(shí)現(xiàn)方案。本文中，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法將人臉檢測(cè)系統(tǒng)分成若干個(gè)子模塊，然后對(duì)每個(gè)子模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和說明，給出了每個(gè)子模塊的硬件架構(gòu)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及verilog實(shí)現(xiàn)后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA開發(fā)板完成人臉檢測(cè)系統(tǒng)的硬件驗(yàn)證。FPGA驗(yàn)證結(jié)果表明對(duì)于QCIF分辨率的視頻圖像，人臉檢測(cè)系統(tǒng)能夠達(dá)到50fps的檢測(cè)速度，滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。
上傳時(shí)間： 2013-06-15
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人臉識(shí)別技術(shù)繼指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別以及聲音識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)之后，以其獨(dú)特的方便、經(jīng)濟(jì)及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識(shí)別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測(cè)，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴(kuò)大，在視頻會(huì)議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機(jī)交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個(gè)行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級(jí)和改進(jìn)留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計(jì)方法的靈活性降低了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計(jì)成為電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測(cè)算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點(diǎn)化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測(cè)系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺(tái)上，達(dá)到實(shí)時(shí)的檢測(cè)效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對(duì)于人臉檢測(cè)算法，首先確保的是檢測(cè)率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測(cè)方法。算法中較多的是積分圖的特征值計(jì)算，這便于進(jìn)一步的硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)檢測(cè)算法進(jìn)行耗時(shí)分析確定運(yùn)行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場(chǎng)可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時(shí)間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對(duì)算法進(jìn)行細(xì)致的劃分，實(shí)現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點(diǎn)化：在Adaboost算法中，需要進(jìn)行大量的浮點(diǎn)計(jì)算。這里采用的方法是直接對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對(duì)尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進(jìn)檢測(cè)用的級(jí)聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對(duì)系統(tǒng)的整體進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，在視頻輸入輸出接入的同時(shí)，人臉檢測(cè)能夠達(dá)到17fps的檢測(cè)速度，并且獲得了很好的檢測(cè)率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-07-01
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本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術(shù)攻關(guān)基金項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)視覺及其芯片化實(shí)現(xiàn)”的一部分，主要完成計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預(yù)處理和顯示等。 視頻圖像采集和預(yù)處理系統(tǒng)以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結(jié)合視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預(yù)處理則是計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)進(jìn)行高層處理的基礎(chǔ)，優(yōu)秀的預(yù)處理算法能有效改善圖像質(zhì)量，提高系統(tǒng)分析判斷的準(zhǔn)確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預(yù)處理系統(tǒng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍繞以下四個(gè)方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設(shè)計(jì)方案用于實(shí)現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉(zhuǎn)換； 2.針對(duì)采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實(shí)現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預(yù)處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應(yīng)濾波等，在比較和總結(jié)各算法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應(yīng)濾波法； 4.根據(jù)算法特點(diǎn)設(shè)計(jì)了多種采用FPGA實(shí)現(xiàn)的圖像濾波算法，并對(duì)硬件算法進(jìn)行RTL級(jí)的功能仿真和驗(yàn)證，還給出了各種濾波算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上對(duì)各種算法的效果進(jìn)行直觀的比較。 文中，預(yù)處理算法的實(shí)現(xiàn)充分利用了FPGA的片內(nèi)資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。視頻采集和預(yù)處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實(shí)現(xiàn)為“計(jì)算機(jī)視覺及其芯片化實(shí)現(xiàn)”奠定了必要的基礎(chǔ)、提供了一定理論依據(jù)。
上傳時(shí)間： 2013-07-26
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會(huì)引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個(gè)問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場(chǎng)合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價(jià)比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對(duì)象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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H.264作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，相比上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標(biāo)準(zhǔn)僅設(shè)定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個(gè)檔次，每個(gè)檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計(jì)可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對(duì)H.264進(jìn)行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計(jì)了整個(gè)軟件編碼中計(jì)算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼的效率。在該算法下進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)時(shí)，為了得到一個(gè)宏塊的預(yù)測(cè)模式，需要進(jìn)行592次率失真代價(jià)計(jì)算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的計(jì)算復(fù)雜度，本文改進(jìn)了幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇算法。實(shí)踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計(jì)的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時(shí)間平均節(jié)約60﹪以上，對(duì)編碼的實(shí)時(shí)性有較大幫助。 為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼，考慮到FPGA的高效運(yùn)算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實(shí)現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并對(duì)影響編碼速度，且具有硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)越性的幾個(gè)重要部分進(jìn)行了算法研究和FPGA.實(shí)現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對(duì)這些模塊進(jìn)行了綜合和時(shí)序仿真，并將驗(yàn)證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進(jìn)行了在線測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)輸入的殘差數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮編碼的功能。 本文對(duì)H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇算法的改進(jìn)，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)軟件編碼的實(shí)時(shí)性有很大幫助。本文對(duì)在單片F(xiàn)PGA上實(shí)現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對(duì)H.264編碼器芯片的設(shè)計(jì)有著積極的借鑒性。
標(biāo)簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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