目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-07-06
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随着现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现，由于其具有集成度高、体积小，可在线编程、开发周期短等优点，因此FPGA被越来越多的应用于数据采集与处理系统中。 论文首先简要介绍了数据采集与处理系统的现状、存在的问题、以及发展的趋势。本数据处理与传输系统采用了ALTERA公司的FPGA芯片，整个系统由数据采集模块、异步FIFO模块、FFT处理模块、DMA控制模块、总线接口模块构成。模拟信号送入后，经AD芯片ADl672转换成数字信号，送入异步FIFO中缓冲，然后进行FFT处理。处理结果向PC104总线进行DMA传输。整个系统做成扩展卡的形式，直接插入PC104插槽内。 在软件方面，从系统功能实现的角度对软件总体设计进行规划，采用模块化的软件设计方法使系统的各部分软硬件更易于设计、实现和调整，文中对系统设计及实现中的关键问题进行了较为详细的描述。经过系统分析、芯片选择、软硬件设计与编程调试，实现整个系统。达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-15
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随着图像分辨率的越来越高，软件实现的图像处理无法满足实时性的需求；同时FPGA等可编程器件的快速发展使得硬件实现图像处理变得可行。如今基于FPGA的图像处理研究成为了国内外的一个热门领域。 本文在FPGA平台上，用Verilog HDL实现了一个研究图像处理算法的可重复配置的硬件模块架构，架构包括PC机预处理和通信软件，控制模块，计算单元，存储器模块和通信适配模块五个部分。其中的计算模块负责具体算法的实现，根据不同的图像处理算法可以独立实现。架构为计算模块实现了一个可添加、移出接口，不同的算法设计只要符合该接口就可以方便的加入到模块架构中来进行调试和运行。 在硬件架构的基础上本文实现了排序滤波，中值滤波，卷积运算及高斯滤波，形态学算子运算等经典的图像处理算法。讨论了FPGA的图像处理算法的设计方法及优化策略，通过性能分析，FPGA实现图像处理在时间上比软件处理有了很大的提高；通过结果的比较，发现FPGA的处理结果达到了软件处理几乎同等的效果水平。最后本文在实现较大图片处理和图像处理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的讨论和改进，提高了算法的可用性，同时为进一步的研究提供了更加便利的平台。 整个设计都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真软件环境下开发的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平台上实现。在软件仿真过程中利用了ISE8.2自带仿真工具和ModelSim结合使用。 本课题为制造FPGA的专用图像处理芯片做了有益的探索性研究，为实现FPGA为核心处理芯片的实时图像处理系统有着积极的作用。
上传时间： 2013-05-30
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图像处理技术是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前，数字图像处理技术被广泛应用于航空航体、通信、医学及工业生产领域中。图像处理系统的硬件实现一般来讲有三种方式：专用的图像处理器件主要有专用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、数字信号处理器(Digital Signal Process)和现场可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray)以及相关电路组成。它们可以实时高速完成各种图像处理算法。图像处理中，低层的图像预处理的数据量很大，要求处理速度快，但运算结果相对比较简单。相对于其他两种系统，基于FPGA的图像处理系统非常合适用于图像的预处理。 本文设计了一种基于FPGA的图像处理系统。它的主要功能有：对摄像头送来的视频数据进行采集，并把它数字化；实现中值滤波和边缘检测这两种图像增强算法；将数字视频信号转换为模拟信号。 图像处理系统由主处理器单元、图像编码单元和图像解码单元三部分组成。FPGA作为整个系统的核心器件，不仅要模拟出12C总线协议，完成视频解码芯片和编码芯片的初始化；还要对视频流同步信号提取，实现图像采集控制，并将图像信号存储在SRAM中；图像增强算法也是在FPGA中实现。采用PHILIPS公司的专用视频解码芯片SAA7111A将模拟视频转化数字视频；视频编码芯片SAA7121完成数字视频到模拟视频的转化。
上传时间： 2013-07-19
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由于旋转变压器的高精度高可靠性等特点，广泛的应用于如航空、航天、船舶、兵器、雷达、通讯等领域。旋转变压器输出模拟量交流信号，经过数字处理转换为数字角度信号才能进入计算机或其他控制系统，而这种数字处理比较复杂，采用专用的旋转变压器解码芯片想达到理想的精度通常需要较高的成本，限制了它在其他领域的应用。传统的角测量系统面临的问题有：体积、重量、功耗偏大，调试、误差补偿试验复杂，费用较高。 现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 本文的目的是研究利用FPGA实现旋转变压器的硬件解码算法，设计基于FPGA的旋转变压器解码系统。 在本文所设计的系统中，通过FPGA芯片产生旋转变压器的激励信号，再控制A/D转换器对旋转变压器的模拟信号的数据进行采样和转换，并对转换完的数据进行滤波处理，使用基于CORDIC算法流水线结构设计的反正切函数模块解算出偏转角θ，最后通过串行口将解算的偏差角数据输出。本文还分析了该系统误差产生的原因和提高系统精度的方法。 实验结果表明，本文所设计的旋转变压器解码器的硬件组成和软件实现基本能够较精确的完成上述的信号转换和数据运算。
上传时间： 2013-05-23
上传用户：gdgzhym
视频序列中运动目标的检测是计算机视觉和图像编码研究领域的一个重要课题，在机器人导航、智能监视系统、交通监测、医学图像处理以及视频图像压缩和传输等领域都有广泛的应用。FPGA作为当今主流的大规模可编程专用集成电路，可以满足高速图像处理的需要。使用FPGA可以充分利用硬件上的并行性，从本质上改善图像处理的速度，使对大数据量的图像处理达到实时性。本文提出基于FPGA的运动目标检测系统，对以后算法的改进，输入输出图像大小的变化，图像采集和显示设备更换等都具有灵活性。 本文对目前运动目标检测的主要算法研究分析，根据背景减法的适用环境和特点提出改进的W4运动检测算法。该算法具备背景减法的优点，并且克服了W4运动检测算法在环境变化较快或环境变化较频繁条件下对运动目标进行检测的局限性。 本文首先在MATLAB中对改进的W4运动检测算法进行仿真，然后将算法移植到FPGA中实现。设计图像采集、图像检测和VGA显示等模块，完善运动目标检测系统。根据算法和运动目标检测系统的特点提出一种基于改进的W4算法的快速检测方法，该方法以块为单位进行运动目标检测，可以有效地提高图像处理的速度，使系统满足实时性要求。
上传时间： 2013-07-20
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近年来，计算机图形学应用越来越广泛，尤其是三维(3D)绘图。3D绘图使用3D模型和各种影像处理产生具有三维空间真实感的影像，应用于虚拟真实情况以及多媒体的产品上，且多半是使用低成本的实时3D计算机绘图技术为基础。在初期3D图形学刚起步时，由于图形简单，因此可以利用CPU来运算，但随着图形学技术的发展，所要绘制的图形越来越复杂，这时如果单纯依赖CPU来处理，不能达到实时的要求，因此需要专门的硬件来加速图形处理，GPU(图形处理单元)因此出现了。不过由于3D图形加速硬件的复杂性和短寿命，这极大地提高了对硬件开发环境的需要。为了更好的对设计进行更改和测试，不能仅仅用专门定制的方法来设计，需要其他的方：硬件描述语言(HDL)和FPGA。 随着计算机绘图规模的需要，借助辅助硬件资源，来提高图形处理单元(GPU)处理速度的需求越来越普遍。自从15年前现场可编程门阵列(FPGA)开始出现以来，其在可编程硬件领域所起的作用越来越大。它们在速度、体积和速度方面都有了很大的提高。这意味着FPGA在以前只能使用专用硬件的场合越来越重要。其中一个应用领域就是3D图形渲染，在这个研究领域里人们正在利用具有可编程性能的FPGA来帮助改进图形处理单元(GPU)的性能。 能够在廉价、可动态重新配置的FPGA上实现复杂算法来辅助硬件设计。本文的设计就是通过在FPGA上实现3维图形几何处理管线部分功能来提高图形处理速度。具体实现中使用硬件描述语言(Verilog HDL)进行逻辑设计，并发现问题解决问题。 本文主要特色如下： 1.针对几何变换换子系统，提出一种硬件实现方案，该方案能对基本的几何变换如：平移、缩放、旋转和投影进行操作。首先构造出总体变换矩阵，随后进行矩阵乘法运算，再进行投影变换，最后输出变换座标。提出一种脉动阵列结构，用于两个矩阵的乘法运算。找到一种快捷的方法来实现矩阵相乘，将能大大提高系统的效率。 2.对于3D图形裁剪，文中描述了一种裁剪引擎，它能够处理3D图形中的裁剪、透视除法以及视口映射的功能。硬件实现的难度取决于裁剪算法的复杂程度。我们在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基础上提出一种新的裁剪算法，该算法通过去除冗余顶点以提高处理速度，同时利用编码来判断线段可见性的方法使得硬件实现变得很容易。 3.最后，我们在FPGA上实现了几何变换以及三维裁剪，并与C语言的模拟结果对比发现结果正确，且三维裁剪能够以3M个三角形/s的速度运行，满足了图形流水中的实时性要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：yerik
随着多媒体技术发展，数字图像处理已经成为众多应用系统的核心和基础。图像处理作为一种重要的现代技术，已经广泛应用于军事指挥、大视场展览、跟踪雷达、电视会议、导航等众多领域。因而，实现高分辨率高帧率图像实时处理的技术不仅具有广泛的应用前景，而且对相关领域的发展也具有深远意义。 大视场可视化系统由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使细节得到充分地展现。为了在曲面屏幕上正确的显示图像，需要在投影前实时地对图像进行几何校正和边缘融合。而现场可编程门阵列(FPGA)则是用硬件处理实时图像数据的理想选择，基于FPGA的图像处理技术是世界范围内广泛关注的研究领域。 本课题的主要工作就是设计一个以FPGA为核心的硬件系统，该系统可对高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的视频图像实时地进行几何校正和边缘融合。 论文首先介绍了图像处理的几何原理，然后提出了基于FPGA的大视场实时图像融合处理系统的设计方案和模块功能划分。系统分为算法与软件设计，硬件电路设计和FPGA逻辑设计三个大的部分。本论文主要负责FPGA的逻辑设计。围绕FPGA的逻辑设计，论文先介绍了系统涉及的关键技术，以及使用Verilog语言进行逻辑设计的基本原则。 论文重点对FPGA内部模块设计进行了详细的阐述。仲裁与控制模块是顶模块的主体部分，主要实现系统状态机和时序控制；参数表模块主要实现SDRAM存储器的控制器接口，用于图像处理时读取参数信息。图像处理模块是整个系统的核心，通过调用FPGA内嵌的XtremeDSP模块，高速地完成对图像数据的乘累加运算。最后论文提出并实现了一种基于PicoBlaze核的12C总线接口用于配置FPGA外围芯片。 经过对寄存器传输级VerilogHDL代码的综合和仿真，结果表明，本文所设计的系统可以应用在大视场可视化系统中完成对高分辨率高帧率图像的实时处理。
上传时间： 2013-05-19
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本文从工程设计和应用出发,根据某机载设备直接序列扩频(DS-SS)接收机声表面波可编程抽头延迟线(SAW.P.TDL)中频相关解扩电路的指标要求,提出了基于FPGA器件的中频数字相关解扩器的替代设计方案,通过理论分析、软件仿真、数学计算、电路设计等方法和手段,研制出了满足使用环境要求的工程化的中频数字相关器,经过主要性能参数的测试和环境温度验证试验,并在整机上进行了试验和试用,结果表明电路性能指标达到了设计要求。对工程应用中的部分问题进行了初步研究和分析,其中较详细地分析了SAW卷积器、SAW.P.TDL以及中频数字相关器在BPSK直扩信号相关解扩时的频率响应特性。 论文的主要工作在于： (1)根据某机载设备扩频接收机基于SAW.P.TDL的中频解扩电路要求,进行理论分析、电路设计、软件编程,研制基于FPGA器件的中频数字相关器,要求可在扩频接收机中原位替代原SAW相关解扩电路； (2)对中频数字相关器的主要性能参数进行测试,进行了必要的高低温等环境试验,确定电路是否达到设计指标和是否满足高低温等环境条件要求； (3)将基于FPGA的中频数字相关器装入扩频接收机,与原SAW.P.TDL中频解扩电路置换,确定与接收机的电磁兼容性、与中放电路的匹配和适应性,测试整个扩频接收机的灵敏度、动态范围、解码概率等指标是否满足接收机模块技术规范要求； (4)将改进后的扩频接收机装入某机载设备,测试与接收机相关的性能参数,整机进行高低温等主要环境试验,确定电路变化后的整机设备各项指标是否满足其技术规范要求； (5)通过对基于FPGA的中频数字相关器与SAW.P.TDL的主要性能参数进行对比测试和分析,特别是电路对频率偏移响应特性的对比分析,从而得出初步的结论。
上传时间： 2013-06-22
上传用户：徐孺
人体血液成份的无创检测是生物医学领域尚未攻克的前沿课题之一，动态光谱法在理论上克服了其它检测方法难以逾越的障碍——个体差异和测量条件对检测结果的影响。实现动态光谱检测，其关键在于采集多波长的光电容积脉搏波信号，并对其进行处理。针对动态光谱检测中信号微弱、信噪比低、处理数据量大的特点，本文设计了基于FPGA和面阵CCD摄像头的动态光谱数据采集与预处理系统，提高检测精度，采集出满足动态光谱信号提取要求的光电脉搏波；并对动态光谱频域提取法的核心算法FFT的FPGA实现进行研究。 课题提出用高灵敏度的面阵CCD摄像头替代常规光栅光谱仪中的光电接收器，实现对多波长的光电容积脉搏波的检测。结合面阵CCD的二维图像特点，采用信号累加法去除噪声，提高信号的信噪比。 创新性的提出一种不同于以往的信号累加方法——将处于同一行的视频信号在采样过程中直接累加，然后再进行传输和存储。不同于帧累加和异行累加，这种同行累加方式不但大大的提高了信号的信噪比，同时减小了数据的传输速度和传输量，降低了对存储器容量的要求，改善了动态光谱信号检测系统的性能。 针对面阵CCD摄像头输出的复合视频信号的特点，设计视频信号解调电路，得到高速、高精度的数字视频信号和准确的视频同步信号，用于后续的视频信号采集与处理。 根据动态光谱信号检测和视频信号采集的要求，选择可编程逻辑器件FPGA作为硬件平台，设计并实现了基于FPGA和面阵CCD摄像头的光电脉搏波采集与预处理系统。该系统实现了视频信号的精确定位，通过光谱信号的高速同行累加，实现了光电脉搏波信号的高精度检测。系统采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器系统，通过对其应用程序的开发，可靠的实现了数据的采集、传输和存储，提高了系统的集成度，降低了开发成本。 为实现动态光谱信号的频域提取，研究了基于FPGA的FFT实现方案，对各关键模块进行设计，为动态光谱信号的进一步处理打下良好的基础。 最后，通过实验证明了系统数据采集的正确性和信号预处理的可行性，得到了符合动态光谱信号提取要求的脉搏波信号。
上传时间： 2013-04-24
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