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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遗传算法是基于自然选择的一种鲁棒性很强的解决问题方法。遗传算法已经成功地应用于许多难优化问题，现已成为寻求满意解的最佳工具之一。然而，较慢的运行速度也制约了其在一些实时性要求较高场合的应用。利用硬件实现遗传算法能够充分发挥硬件的并行性和流水线的特点，从而在很大程度上提高算法的运行速度。 本文对遗传算法进行了理论介绍和分析，结合硬件自身的特点，选用了适合硬件化的遗传算子，设计了标准遗传算法硬件框架；为了进一步利用硬件自身的并行特性，同时提高算法的综合性能，本文还对现有的一些遗传算法的并行模型进行了研究，讨论了其各自的优缺点及研究现状，并在此基础上提出一种适合硬件实现的粗粒度并行遗传算法。 我们构建的基于FPGA构架的标准遗传算法硬件框架，包括初始化群体、适应度计算、选择、交叉、变异、群体存储和控制等功能模块。文中详细分析了各模块的功能和端口连接，并利用硬件描述语言编写源代码实现各模块功能。经过功能仿真、综合、布局布线、时序仿真和下载等一系列步骤，实现在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它尝试解决一些函数的优化问题，给出了实验结果。这些硬件模块可以被进一步综合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者调用。 最后，本文对硬件遗传算法及其在函数优化中的一些尚待解决的问题进行了讨论，并对本课题未来的研究进行了展望。
上传时间： 2013-07-22
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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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数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分，同时也是软件无线电系统中的核心模块，在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求，并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁，发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上，充分利用FPGA中丰富的时序资源，如锁相环PLL、触发器，缓冲器FIFO、计数器等，能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上，采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置，并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上，采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制，可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上，通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互，从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面，充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI，实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性，并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间： 2013-06-09
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数据采集处理技术是现代信号处理的基础，广泛应用于雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测试等领域。随着信息科学的飞速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，对数据采集处理系统的要求也越来越高。近年来FPGA由于其设计灵活性、更强的适应性及可重构性，结合SDRAM的高速、大容量、价格优势，在设计高速实时数据采集系统时受到了广泛的关注。 本课题重点研究了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计与实现技术，为需要大容量存储器的系统设计提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本构造与工作原理的基础上，结合成熟的商业化IP核，提出了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计方案，并从总体设计构想到各逻辑细节实现都进行了详细描述。根据DDR2-SDRAM的特点，选择合适的内存调度方案，采用Verilog HDL语言设计实现了该高速实时数据采集系统，并对系统功能进行验证与分析，结果表明本设计完全能够满足系统的性能指标。
上传时间： 2013-06-24
上传用户：lansedeyuntkn
随着语音技术应用的发展，语音信号数字处理的实时性要求越来越突出。这就要求在系统设计中，对系统的硬件环境要求更高。随着语音处理算法的日益复杂，用普通处理器对语音信号进行实时处理，已经不能满足需要。专用语音信号处理芯片能解决实时性的要求，同时对器件的资源要求也是最低的。 论文利用Altera公司的新一代可编程逻辑器件在数字信号处理领域的优势，对语音信号的常用参数—LPC(线性预测编码，Linear Predictive Coding)参数提取的FPGA(现场可编程门阵列，Field Programmable Gate Array)实现进行了深入研究。论文首先对语音的离散数学模型和短时平稳特性进行了分析，深入讨论了语音线性预测技术。第二，对解线性预测方程组的自相关法和协方差斜格法进行了比较，提出了一种基于协方差斜格法的LPC参数提取系统的总体设计方案。第三，对Altera公司的Cyclon系列可编程器件的内部结构进行了研究，分析了在QuartusⅡ开发平台上进行FPGA设计的流程。第四，对系统的各个功能模块进行了设计，所有算法通过Verilog硬件描述语言实现，并对其工作过程进行了详细的分析。最后，在Altera FPGA目标芯片EP1C6Q240C8上，对LPC参数提取系统进行了仿真验证。 系统具有灵活的输入输出接口，能方便地同其它语音处理模块相连，构成一个完整的语音处理专用芯片，可以应用于语音编解码、语音识别等系统。
上传时间： 2013-04-24
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三维彩色信息获取系统目的是获取对象的三维空间坐标和颜色信息。它是计算机视觉研究的重要内容，也是当前信息科学研究中的一个重要热点。 本文首先介绍了三维信息获取技术的意义和实时可重构三维激光彩色信息获取系统总体方案。该方案合理划分了系统的图像处理任务，充分地利用了拥有的硬、软件资源。阐述了基于FPGA处理器的硬件系统结构及其工作原理和系统工作时序。 本文还研究了图像处理系统中的数字逻辑设计，总结出了较完整、规范化的设计流程和方法，介绍了从图像处理算法到可编程逻辑器件的规范化映射方法，总结了在视频系统中的高级设计技巧，包括并行流水线技术和循环结构的硬件实现方式等。 为了说明提出的设计方法，本文分析了基于自适应阈值的结构光条纹中心的方向模板快速检测算法的硬件实现。该算法是把自适应阈值法与可变方向模板法相结合，具有稳定性好、精度高、计算简单、数据存储量小、实现速度快的特点，此外，该方法有利于硬件快速实现。实践证明这种方法是实用的、有效的。 本文的重点在于研制了具有完全自主知识产权的实时可重构三维激光彩色信息获取系统中视频图像处理专用集成电路。该集成电路是实现系统快速算法的核心，使用现场可编程器FPGA器件EPlK50实现提取激光线、提取人头轮廓线和提取中心颜色线算法；该集成电路还要实现系统所需的控制逻辑。控制部分包括将视频采集输出端口信号转化为RGB真彩色信号的数据锁存模块、各FIFO缓存器的输入输出控制模块和系统需要的其它信号控制模块。提出提取轮廓线快速算法，即由FPGA处理器与主机交互式共同快速完成提取人头正侧影轮廓线算法。该专用集成电路研制是整个实时可重构三维激光彩色信息获取系统实现的关键。
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上传时间： 2013-07-23
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纹理映射在计算机图形计算中属于光栅化阶段，处理的是像素，主要的特点是数据的吞吐量大，对实时系统来说转换的速度是一个关键的因素，人们寻求各种加速算法来提高运算速度。传统的方法是用更快的处理器，并行算法或专用硬件。随着数字技术的发展，尤其是可编程逻辑门阵列(FPGAs)的发展，提供了一种新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的发展，当前的FPGA芯片已经能够运算各种图形算法，而在速度上与专用的图形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常适合这项工作。 本文主要工作包括以下几个方面： 1、本文提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法，改进了MIPmapping映射细化层次算法及纹理图像的存储方式，减少纹理寻址的计算量，提高纹理存储的相关性。详细内容请阅读第三章。 2、提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法的硬件实现方案，该方案针对移动设备对功耗和面积的要求，以及分辨率不高的特点，在参数空间到纹理地址的计算中用定点数来实现。详细内容请阅读第四章。 3、实现了纹理映射流水线单元纹理地址产生电路，及纹理滤波电路的FPGA设计，并给出设计的综合和仿真结果。详细内容请阅读第五章4、实现了符合IEEE 754单精度标准的乘法、乘累加及除法运算器电路。乘法器采用改进型Booth编码电路以减少部分积数量，用Wallace对部分积进行压缩；乘累加器采用multiply-add fused算法，对关键路径进行了优化；除法器为基于改进型泰勒级数展开的查找表结构实现，查找表尺寸只有208字节，电路为固定时延，在电路尺寸、延时及复杂度方面进行了较好的平衡。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：yxvideo
计算机图形学中真实感成像包括两部分内容：物体的精确图形表示；场景中光照效果的适当的描述。光照效果包括光的反射、透明性、表面纹理和阴影。对物体进行投影，然后再可见面上产生自然光照效果，可以实现场景的真实感显示。光照明模型主要用于物体表面某点处的光强度计算。面绘制算法是通过光照模型中的光强度计算，以确定场景中物体表面的所有投影像素点的光强度。Phong明暗处理算法是生成真实感3D图像最佳算法之一。但是由于其大量的像素级运算和硬件难度而在实现实时真实感图形绘制中被Gotuaud明暗处理算法所取代。VLSI技术的发展以及对于高真实感实时图形的需求使得Phong明暗处理算法的实现成为可能。利用泰勒级数近似的Fast Phong明暗处理算法适合硬件实现。此算法需要存储大量数据的ROM。这增加了实现的难度。 本文完成了以下工作： 1、本文简述了实时真实感图形绘制管线，详细叙述了所用到的光照明模型和明暗处理方法，并对几种明暗处理方法的效果作了比较，实验结果表明Fast Phong明暗处理算法适用于实时真实感图形绘制。 2、在熟悉Xilinx公司FPGA芯片结构及其开发流程的基础上，结合Xilinx公司提供的FPGA开发工具ISE 7.1i，仿真工具为ISE simulator，综合工具为XST；完成了Fast Phong明暗处理模块的FPGA设计与实现。综合得到的电路的最高频率为54.058MHz。本文的Fast Phong明暗处理硬件模块适用于实时真实感图形绘制。 3、本文通过误差分析，提出了优化的查找表结构。通过在FPGA上对本文所提结构进行验证。结果表明，本方案在提高速度、精度的同时将ROM的数据量从64K*8bit减少至13K*8bit。
上传时间： 2013-06-21
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随着人们对无线通信需求和质量的要求越来越高，无线通信设备的研发也变得越来越复杂，系统测试在整个设备研发过程中所占的比重也越来越大。为了能够尽快缩短研发周期，测试人员需要在实验室模拟出无线信道的各种传播特性，以便对所设计的系统进行调试与测试。无线信道仿真器是进行无线通信系统硬件调试与测试不可或缺的仪器之一。 本文设计的无线信道仿真器是以Clarke信道模型为参考，采用基于Jakes模型的改进算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模拟实现了频率选择性衰落信道。信道仿真器实现了四根天线数据的上行接收，每根天线由八条可分辨路径，每条可分辨路径由64个反射体构成，每根天线可分辨路径和反射体的数目可以独立配置。通过对每个反射体初始角度和初始相位的设置，并且保证反射体的角度和相位是均匀分布的随机数，可以使得同一条路径不同反射体之间的非相关特性，得到的多径传播信道是一个离散的广义平稳非相关散射模型(WSSUS)。无线信道仿真器模拟了上行数据传输环境，上行数据由后台产生后储存在单板上的SDRAM中。启动测试之后，上行数据在CPU的控制下通过信道仿真器，然后送达基带处理板解调，最后测试数据的误码率和误块率，从而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141协议中对通信设备测试的要求和无线信道自身的特点，完成了对无线信道仿真器系统设计方案的吸收和修改。 其次，针对FPGA内部资源结构，研究了信道仿真器FPGA实现过程中的困难和资源的消耗，进行了模块划分。主要完成了时延模块、瑞利衰落模块、背板接口模块等的RTL级代码的开发、仿真、综合和板上调试；完成了FPGA和后台软件的联合调试；完成了两天线到四天线的改版工作，使FPGA内部的工作频率翻了一倍，大幅降低了FPGA资源的消耗。 最后，在完成无线信道仿真器的硬件设计之后，对无线信道仿真器的测试根据3GPP TS 25.141 V6.13.0协议中的要求进行，即在数据误块率(BLER)一定的情况下，对不同信道传播环境和不同传输业务下的信噪比(Eb/No)进行测试，单天线和多天线的测试结果符合协议中规定的信噪比(Eb/No)的要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：小杨高1
