H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預測編碼的效率。在該算法下進行幀內(nèi)預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內(nèi)預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內(nèi)預測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現(xiàn)實時編碼，考慮到FPGA的高效運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實現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實現(xiàn)架構(gòu)，并對影響編碼速度，且具有硬件實現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現(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。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內(nèi)預測模式選擇算法的改進，算法實現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
標簽： FPGA 264 幀內(nèi)預測 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-05-25
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最新的研究進展是OFDM的出現(xiàn)，并且在2000年出現(xiàn)了第一個采用此技術(shù)的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數(shù)據(jù)速率，因此可以預想在第四代系統(tǒng)中也將使用此技術(shù)。 寬帶應用和高速率數(shù)據(jù)傳輸是OFDM調(diào)制/多址技術(shù)通信系統(tǒng)的重要特征之一。作者通過參與國家863計劃項目“OFDM通信系統(tǒng)”一年以來的研發(fā)工作，對OFDM通信系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)有了深入的理解，積累了大量實際經(jīng)驗，并在相關(guān)工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關(guān)于寬帶自適應均衡技術(shù)的研究在近年來也引起了廣泛的關(guān)注。它是補償信道畸變的重要的技術(shù)之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發(fā)與調(diào)試工作，基于單片F(xiàn)PGA實現(xiàn)了均衡部分；此外，作者在頻域自適應均衡算法方面也取得了一些理論成果。 本文的主體部分就是根據(jù)上述工作的內(nèi)容展開的。 首先介紹了本課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況，主要包括：OFDM系統(tǒng)的技術(shù)原理、技術(shù)優(yōu)勢、歷史和現(xiàn)狀，均衡技術(shù)的特點和發(fā)展等。末尾敘述了本課題的來源和研究意義，并簡介了作者的主要工作和貢獻。確定將WSSUS分布和瑞利衰落作為本文研究的信道模型。主要分析了常用的時域均衡器，均是單載波非擴頻數(shù)字調(diào)制中常用到的均衡器和均衡算法，為接下來的進一步研究作理論參考。 接著，論述了均衡必須用到的信道估計技術(shù)。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數(shù)學上進行了較深入的研究，建立系統(tǒng)模型，并據(jù)此推導了三種頻域均衡的算法：頻域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，頻域線性內(nèi)插。采用WSSUS信道模型進行了計算機仿真，得出了采用這些均衡算法在不同條件下的性能曲線。并且系統(tǒng)地、有重點地對該方案的原理和實質(zhì)進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復雜度和能達到的性能，并且結(jié)合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設計了無線局域網(wǎng)OFDM系統(tǒng)的設計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統(tǒng)為例，把研究成果引入到實際的整個系統(tǒng)中來看。結(jié)合具體的系統(tǒng)指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統(tǒng)實現(xiàn)頻域自適應均衡的方法，主要給出了設計方法、時序仿真結(jié)果和處理速度估值等；并結(jié)合最新的FPGA發(fā)展動態(tài)和特點，對基于FPGA實現(xiàn)其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結(jié)束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結(jié)，并指出了仍有待深入研究的幾個問題。
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)場可編程門陣列FPGA具有性能好、規(guī)模大、可重復編程、開發(fā)投資小等優(yōu)點，在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中應用得越來越廣泛。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，成本的不斷下降，F(xiàn)PGA正逐漸成為各種電子產(chǎn)品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復雜的設置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結(jié)構(gòu)和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產(chǎn)品設計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構(gòu)造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復雜。 基準測試是用一個基準設計集按照統(tǒng)一的測試規(guī)范評估和量化目標系統(tǒng)的軟件或硬件性能，是目前計算機領(lǐng)域應用最廣泛、最主要的性能測試技術(shù)。 通過分析影響FPGA軟硬件性能基準測試的諸多因素，比如基準設計的挑選、基準設計的優(yōu)化，F(xiàn)PGA軟件的設置和約等，本文基于設計和硬件分類、優(yōu)化策略分類的基準測試規(guī)范，提出了一組詳盡的度量指標。 基準測試的規(guī)范如下，首先根據(jù)測試目的配置測試環(huán)境、挑選基準設計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優(yōu)化基準設計，然后按照速度優(yōu)先最少優(yōu)化、速度優(yōu)先最大優(yōu)化、資源和功耗優(yōu)先最少優(yōu)化、資源和功耗優(yōu)先最大優(yōu)化四種優(yōu)化策略分別編譯基準設計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數(shù)據(jù)，最后使用速度優(yōu)先最少優(yōu)化下的性能集、速度優(yōu)先最少優(yōu)化性能集、資源和功耗優(yōu)先最少優(yōu)化下的性能集、資源和功耗優(yōu)先最大優(yōu)化下的性能集、速度優(yōu)先最少和最大優(yōu)化之間性能集的差、速度優(yōu)先最少優(yōu)化下性能集的比較等十個度量指標量化性能，生成測試報告。 最后，本基準測試規(guī)范被應用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領(lǐng)域帶處理器應用方面的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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加密算法一直在信息安全領(lǐng)域起著極其重要的作用,它直接影響著國家的安全和發(fā)展.隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,原有的數(shù)據(jù)加密標準(DES)已不能滿足人們的保密要求.在未來的20年內(nèi),高級數(shù)據(jù)加密標準(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標準.在不對原有應用系統(tǒng)作大的改動的情況下,3-DES算法有了很大的生存空間.該文介紹了DES和3-DES算法的概要,給出了一種電路實現(xiàn)模型,并基于XILINX公司的FPGA器件設計了IP核,介紹了I P核設計中主要模塊的設計方法.最后對該IP核進行了分析,給出它的性能參數(shù).該課題系統(tǒng)地論述了基3-DES算法的密碼IP核設計全過程.文章首先闡述了該設計的課題背景,給出了使用VHDL方法設計密碼電路的特點和研究思路和特點,然后對IP核的設計環(huán)境和密碼算法進行了介紹.在此基礎(chǔ)上,詳細討論了3-DES算法的密碼芯片設計方法和各個電路模塊實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖,包括算法電路、譯碼電路、接口電路和控制模塊電路等.通過對各個模塊設計的介紹,闡明了使用VHDL語言設計專用集成電路的原理和特點.
上傳時間： 2013-04-24
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傳統(tǒng)PLC使用時會出現(xiàn)一些問題，如程序死循環(huán)、程序跑飛、需要龐大的編譯系統(tǒng)作支持和不能實現(xiàn)精確位置控制等等；而發(fā)展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現(xiàn)場集成技術(shù)，用FPGA來實現(xiàn)PLC的功能，拋棄傳統(tǒng)PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現(xiàn)控制功能，不論在經(jīng)濟上還是在性能上都具有更大的優(yōu)勢。 本課題在對國內(nèi)外可編程控制器，重點是HardPLC的開發(fā)和應用的進展進行概述和分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結(jié)構(gòu)的兩個創(chuàng)新概念，指出了其優(yōu)越性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)； 2.系統(tǒng)分析了用HardPLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎(chǔ)上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現(xiàn)場集成奠定了基礎(chǔ)； 3.在仿真綜合的基礎(chǔ)上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統(tǒng)的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎(chǔ)上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統(tǒng)的控制實現(xiàn)，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現(xiàn)場集成技術(shù)可以廣泛應用于工控領(lǐng)域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，為工控領(lǐng)域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經(jīng)濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數(shù)據(jù)的加載，在實踐生產(chǎn)中具有重要的實用價值。
標簽： FPGA 可編程控制器 集成技術(shù) 應用研究
上傳時間： 2013-05-30
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該論文首先對脈沖及其參數(shù)進行了分析,然后介紹了雷達脈沖參數(shù)測量的原理,并針對現(xiàn)代復雜電磁環(huán)境的特點,對脈沖參數(shù)測量的方案進行了設計.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20萬門FPGA芯片實現(xiàn)了對高密度視頻脈沖流的脈沖到達時間(TOA)、脈沖寬度(PW)和脈沖幅度(PA)等參數(shù)的實時高精度測量,并對測量誤差進行了分析,同時給出了功能仿真的波形.該測量方法是基于FPGA的硬件實現(xiàn)方法,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,測量速度快、精度高,滿足對脈沖參數(shù)測量高精度、實時性的要求.
標簽： FPGA 脈沖 參數(shù)測量 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-07-05
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結(jié)合視頻壓縮的理論以及IP核設計中對于仿真驗證的要求,本文設計了視頻壓縮IP核FPGA仿真驗證平臺.其硬件子平臺以Xilinx公司XC2V3000為核心,針對視頻壓縮IP核應用仿真要求設計外圍電路,構(gòu)建一個視頻壓縮IP核的硬件仿真原型,采用運行于上位機上的控制和驅(qū)動軟件作為軟件解碼子平臺.同時還設計了完全獨立于硬件之外的ModelSim軟件仿真驗證平臺.以FPGA仿真驗證平臺為載體,本文設計了基于H.263協(xié)議的視頻壓縮IP核.經(jīng)過ModelSim下的軟件平臺仿真調(diào)試與硬件平臺調(diào)試相結(jié)合的手段,作者完成了視頻壓縮IP核的仿真驗證.
上傳時間： 2013-05-31
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隨著數(shù)字信號處理技術(shù)應用的不斷深入，數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)面臨著很多挑戰(zhàn)，其中面臨的四個主要問題是：速度、設計規(guī)模、功耗和開發(fā)周期。因此許多數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法被提出，其中基于FPGA的實現(xiàn)技術(shù)就是其中的重要技術(shù)之一。 本文以數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)為應用背景，著重研究了基于FPGA的數(shù)字濾波器實現(xiàn)技術(shù)。本文分為兩個主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結(jié)了FPGA設計的基本方法及設計流程，并在此基礎(chǔ)上介紹了一種用于產(chǎn)品快速開發(fā)的設計方式—基于SystemGenerator的設計方式，這種設計方式向數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設計者提供了自上而下的FPGA解決方案。 第二部分系統(tǒng)地研究了基于FPGA的數(shù)字濾波器實現(xiàn)技術(shù)。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實現(xiàn)方法，直接結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)及分布式算法。其次，討論了針對直接結(jié)構(gòu)FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術(shù)，CSD編碼和系數(shù)分解，以及針對轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術(shù)，簡化加法器圖，并結(jié)合實例給出了它們的優(yōu)化效果。再次，介紹了直接結(jié)構(gòu)FIR濾波器中常用多操作數(shù)加法實現(xiàn)方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎(chǔ)上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數(shù)加法結(jié)構(gòu)，這種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)采樣字長與系數(shù)字長均為l比特的FIR濾波器時，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實現(xiàn)方法在FPGA中應用的優(yōu)缺點及其適用性，并給出了一個帶通濾波器的設計實例。 論文的研究成果已應用于“北斗一號”導航定位接收機中。
標簽： FPGA 數(shù)字濾波器 實現(xiàn)技術(shù)
上傳時間： 2013-08-01
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隨著無線通信的應用日益廣泛，無線通信系統(tǒng)的種類也越來越繁雜，但是由于不同通信系統(tǒng)的工作頻段、調(diào)制方式、通信協(xié)議等原理結(jié)構(gòu)上存在差異而極大限制了不同系統(tǒng)之間的互通。軟件無線電擺脫了硬件體系結(jié)構(gòu)的束縛，成為解決不同通信體制之間互操作問題和開展多種通信業(yè)務的最佳途徑，具有巨大的商業(yè)和軍事價值，被喻為無線電通信領(lǐng)域一次新的技術(shù)革命。 本文首先回顧了軟件無線電的提出和發(fā)展現(xiàn)狀，然后論述了軟件無線電的基本理論和數(shù)學模型。在此理論和模型的基礎(chǔ)上，設計了軟件無線電接收機的硬件平臺。該平臺包括射頻部分、中頻處理部分和基帶處理部分。射頻部分由天線和無線接收機組成；中頻部分先將接收機輸出的模擬信號數(shù)字化，然后再通過FPGA實現(xiàn)下變頻；基帶部分主要由DSP和嵌入式系統(tǒng)組成，完成解調(diào)、同步等處理并可以進行一些其他的應用。其中的嵌入式系統(tǒng)的主處理器是基于ARM7-TDMI內(nèi)核的LPC2200芯片，為了實現(xiàn)開發(fā)的方便在此芯片上移植了uC/OS-Ⅱ嵌入式時實內(nèi)核。 軟件無線電接收機是一個很龐大的體系，其中的數(shù)字下變頻器DDC是一個非常關(guān)鍵的組成部分，在這部分中可方便的對接收頻段、濾波器特性等進行編程控制，極大的提高了通信設備的性能和靈活性，因此本文的重點在于數(shù)字下變頻器的設計與實現(xiàn)。實現(xiàn)下變頻的方法有很多種，由于FPGA在速度和靈活性上的優(yōu)勢，其應用也越來越廣泛，因此主要采用了居于領(lǐng)導地位的XILINX公司的SPATAN-Ⅱ芯片來實現(xiàn)數(shù)字下變頻的功能。
上傳時間： 2013-04-24
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加密算法一直在信息安全領(lǐng)域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發(fā)展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術(shù)的不斷進步,原有的數(shù)據(jù)加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經(jīng)難以適應新的安全需要,其實現(xiàn)速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續(xù)滿足新的應用需求.在未來的20年內(nèi),高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現(xiàn)的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環(huán)境的適應性強,性能穩(wěn)定,密鑰建立時間優(yōu)良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環(huán)境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎(chǔ)上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結(jié)構(gòu)和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)原理,重點論述了基本體系結(jié)構(gòu)、循環(huán)展開結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)、外部流水線結(jié)構(gòu)、混合流水線結(jié)構(gòu)及資源共享結(jié)構(gòu)等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎(chǔ)上,采用自頂向下設計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現(xiàn)進行了詳細論述.圈變換采用內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu),多個圈變換采用資源共享結(jié)構(gòu),密鑰調(diào)度與加密運算并行執(zhí)行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應性.
上傳時間： 2013-06-20
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