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： 2013-04-24
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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： 2013-07-09
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JPEG 2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准，小波变换是JEPG 2000核心算法之一。小波变换是一种可达到时(空)域或频率域局部化的时频域或空频域分析方法，其多尺度分解特性符合人类的视觉机制，更加适用于图像信息的处理。提升小波变换是一类不采用傅立叶变换做为主要分析工具的小波变换新方法，提升小波变换的提出大大简化了小波变换的计算，使其在实时信号处理领域得到广泛的应用。通过提升的方法很容易构造一般的整数小波变换，由于图像一般用位数较低的整数表示，整数小波变换可以将为整数序列的图像矩阵映射成整数小波系数矩阵，这就大大简化了小波变换的硬件电路设计。在当今数字化和信息化时代背景下，研究具有高速硬件处理功能的可变程逻辑器件在图像压缩算法领域的应用已经成为当今研究的热点。 本文旨在探讨和研制基于FPGA的小波变换模块的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根据JPEG 2000推荐无损提升小波算法和有损提升小波算法，设计图像压缩系统的小波变换模块。主要工作如下： 第一部分介绍了传统小波分析理论和提升小波分析理论。包括连续小波时频局域性的特征，离散小波变换系数的意义，多分辨分析引出的构造小波基的系统方法和计算离散小波的快速算法等。重点放在介绍正交小波和双正交小波的构造方法，并介绍了数字图像在小波域的特点。讨论了提升小波变换的基本思想，讨论了用提升方法构造小波基以及传统小波变换的提升实现，讨论了整数小波变换。 第二部分介绍了FPGA结构及其设计流程。介绍了FPGA/CPLD器件的特征、发展趋势及FPGA/CPLD基本结构，然后重点介绍了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的结构特点，以及Xilinx的FPGA开发软件ISE，最后介绍了硬件描述语言VHDL语言的特点。 最后一部分是本论文研究的主要内容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波变换的一维变换模块设计和二维变换模块设计。一维提升小波变换模块采用两种不同的电路结构进行设计-低速低功耗的串行流水线结构和高速高功耗的并行阵列结构。同样，二维小波变换模块也采用了两种不同的电路结构进行设计-低速低功耗的折叠结构和高速高功耗的串行结构。 文章对提升小波变换的FPGA实现中的大量细节问题进行了讨论，给出了每种结构提升小波变换模块的电路原理图，并对原理图进行了仿真测试，仿真测试结果不仅表明了模块功能的正确性，而且表明不同小波模块可以满足相应领域的实际要求。
上传时间： 2013-06-08
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随着经济的发展，生活水平的逐步提高，购置房屋和车辆的人越来越多，但安全问题也给人们带来巨大的经济损失。与此同时，相应的安全防盗系统也应运而生。目前市场上，低端的方案是利用单片机和通讯单元相结合构成系统。这种系统虽然价格便宜，实现起来也相对简单，但是功能不够完善，不能实现正真的影、音、像图文全方位监控。而高端的方案则使用专用集成电路，虽然功能强大，但是价格昂贵，并且对于新的接口标准存在兼容性问题，而且也不易升级。 基于FPGA的安全监控系统，是FPGA和通讯单元相结合的产物。其核心FPGA可多次配置，灵活性强，在性能和价格中找到一个很好的平衡。其易于维护和升级，以满足市场上不断推陈出的新的接口标准。 整个系统将是对视频图像处理、图像加密技术、传感器、PIC总线通讯等诸多技术的整合。而本文将侧重于论述该系统中视频图像处理、控制接口和视频传送部分的内容。全文分为五个章节，第一章简要介绍了视频信号处理的原理和结构，对一些专业术语进行介绍，并展示了通用的视频处理过程。第二章针对监控系统的案例，对视频信号处理模块的解决方案进行论述，将实际的视频信号处理划分为转换、计算和传送三个子模块，并且分别进行功能介绍。第三章着重介绍视频转换和视频计算两大模块，对相应的接口配置和模块主要代码实现作了深入分析。第四章将论述视频处理中的重要课题：数字图像的压缩技术，并对相应的重要模块和关键步骤作实际建模分析。第五章将探讨视频传送的相关技术，介绍传统的Camera-Link标准和最新的千兆以太网传送标准，对可行性应用进行了比较。
上传时间： 2013-07-17
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雷达信号处理是雷达系统的重要组成部分。在数字信号处理技术飞速发展的今天，雷达信号处理中也普遍使用数字信号处理技术。而现场可编程门阵列（FPGA）在数字信号处理中的广泛应用，使得FPGA在雷达信号处理中也占据了重要地位。 针对脉压雷达信号处理的FPGA实现，本文在以下几个方面展开研究： 首先对几种主要的脉冲压缩信号进行了详细的分析，得出了各种信号的特点及其处理方式；并比较了各种方式的优缺点。 其次对几种基本的雷达信号处理如脉冲压缩、动目标检测（MTD）、恒虚警（CFAR）等详细地阐述了其原理；列举了各种信号处理经常采用的实现方法，对各种方法进行了比较研究；并针对线性调频信号在MATLAB环境中对雷达回波信号处理进行仿真。 接下来，在Xilinx ISE6.3i软件集成环境下，通过对Xilinx提供的免费IP核的调用，并与VHDL语言相结合，进行雷达信号处理的FPGA实现。
上传时间： 2013-06-24
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基于LabVIEW与单片机串口的信号处理的研究:介绍了一种利用单片机采集数据,LabVIEW作为开发平台,二者之间通过串口实现数据通信的数据采集系统,利用LabVIEW的图形环境进行频谱分析。通
上传时间： 2013-06-24
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离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)在图像编解码方面应用十分广泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等国际标准所采用。由于其计算量较大，软件实现往往难以满足实时处理的要求，因而在很多实际应用中需要采用硬件设计的DCT/IDCT处理电路来满足我们对处理速度的要求。本文所研究的内容就是针对图像处理应用的8×8二维DCT/IDCT处理核的硬件实现。 本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理，详细说明了DCT变换实现图像压缩的过程，并与其它变换比较说明了用DCT变换实现图像压缩的优势。接着，分析研究了DCT的各种快速算法，总结了前人对DCT快速算法及其实现所做的研究。本文给出了两种性能、资源上有一定差异的二维DCT/IDCT的FPGA设计方案。两种方案均利用DCT的行列分离特性，采用流水线设计技术，将二维DCT/IDCT实现转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中，根据图像处理的特点对Loeffler算法的数据流进行了优化，通过合理安排时钟周期数和简化各周期内的操作，大大缩短了关键路径的执行时间，从而提高了流水线的执行速度。最后，对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和时序仿真。 结果表明，当使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件时，本文设计的方案一能够在116M时钟频率下正确完成8×8的二维DCT或IDCT的逻辑运算，消耗2827个逻辑单元；方案二能够在74M时钟频率下正常工作，消耗1629个逻辑单元。
上传时间： 2013-07-14
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本文研究了在复杂背景下红外图像的背景和噪声抑制算法，并且完成了硬件实现，主要包括以下内容： 1.通过对实际红外图像的背景和噪声特性的研究分析，设计改进了一种基于加权广义次序统计滤波器的背景抑制的算法。红外图像的噪声通常为脉冲噪声，具有高频特性；而红外图像的背景变换比较缓慢，其频谱成分多集中在低频区域，所以本文在对图像特性分析的基础上，设计改进了基于加权广义次序统计滤波器的背景抑制的算法。在对采集的起伏背景红外图像进行背景抑制后，用全局门限可以有效的分割出目标信息，输出包含目标信息的二值化图像，为后续处理提供数据。但是出于更复杂背景条件下算法有效性的目的，深入讨论了局部自适应门限分割算法的设计。 2.在实时信号处理系统中，底层的图像预处理算法目前难以用软件实现；但是其运算结构相对比较简单，适于用FPGA进行硬件实现。本文对算法的FPGA设计作了较为深入地研究，同时介绍了算法的VHDL实现，利用模块化的优点对算法分模块设计，对各个模块的实现作了详细介绍。 3.完成了红外成像制导系统的预处理部分硬件电路设计，对FPGA中预处理算法的处理结果进行了验证。通过算法在硬件上的实现，证明了算法的有效性。
上传时间： 2013-07-02
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可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)越来越多的应用于数字信号处理领域，与传统的ASIC(专用集成电路)和DSP(数字信号处理器)相比，基于FPGA和CPLD实现的数字信号处理系统具有更高的实时性和可嵌入性，能够方便地实现系统的集成与功能扩展。 FFT的硬件结构主要包括蝶形处理器、存储单元、地址生成单元与控制单元。本文提出的算法在蝶形处理器内引入流水线结构，提高了FFT的运算速度。同时，流水线寄存器能够寄存蝶形运算中的公共项，这样在设计蝶形处理器时只用到了一个乘法器和两个加法器，降低了硬件电路的复杂度。 为了进一步提高FFT的运算速度，本文在深入研究各种乘法器算法的基础上，为蝶形处理器设计了一个并行乘法器。在实现该乘法器时，本文采用改进的布斯算法，用以减少部分积的个数。同时，使用华莱士树结构和4-2压缩器对部分积并行相加。 本文以32点复数FFT为例进行设计与逻辑综合。通过设计相应的存储单元，地址生成单元和控制单元完成FFT电路。电路的仿真结果与软件计算结果相符，证明了本文所提出的算法的正确性。 另外，本文还对设计结果提出了进一步的改进方案，在乘法器内加入一级流水线寄存器，使FFT的速度能够提高到当前速度的两倍，这在实时性要求较高的场合具有极高的实用价值。
上传时间： 2013-07-18
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甚短距离传输(VSR)是一种用于短距离(约300 m～600m)内进行数据传输的光传输技术.它主要应用于网络中的交换机、核心路由器(CR)、光交叉连接设备(OXC)、分插复用器(ADM)和波分复用(WDM)终端等不同层次设备之间的互连,具有构建方便、性能稳定和成本低等优点,是光通信技术发展的一个全新领域,逐渐成为国际通用的标准技术,成为全光网的一个重要组成部分. 本文深入研究了VSR并行光传输系统,完成了VSR技术的核心部分--转换器子系统的设计与实现,使用现场可编程阵列FPGA(Field Programmable GateArray)来完成转换器电路的设计和功能实现.深入研究现有VSR4-1.0和VSR4-3.0两种并行传输标准,在其技术原理的基础上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纤带的信道利用率,充分利用系统总吞吐量大的优势,为将来向更高速率升级提供了依据.根据万兆以太网的技术特点和传输要求,提出并设计了用VSR技术实现局域和广域万兆以太网在较短距离上的高速互连的系统方案,成功地将VSR技术移植到万兆以太网上,实现低成本、构建方便和性能稳定的高速短距离传输. 本文所有的设计均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上实现,采用Altera的Quartus Ⅱ开发工具和 Verilog HDL硬件描述语言完成了VSR4-1.0转换器集成电路和万兆以太网的SERDES的设计和仿真,并给出了各模块的电路结构和仿真结果.仿真的结果表明,所有的设计均能正确的实现各自的功能,完全能够满足10Gb/s高速并行传输系统的要求.
上传时间： 2013-07-14
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