在数字通信中，采用差错控制技术(纠错码)是提高信号传输可靠性的有效手段，并发挥着越来越重要的作用。纠错码主要有分组码和卷积码两种。在码率和编码器复杂程度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码。代数译码是基于码的代数结构；而概率译码不仅基于码的代数结构，还利用了信道的统计特性，能充分发挥卷积码的特点，使译码错误概率达到很小。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的，对于概率译码最初的序列译码，随着译码约束长度的增加，其译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化，对不太长的约束长度，维特比(Viterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时，Viterbi译码算法效率很高，速度很快，译码器也较简单。 目前，卷积码在数传系统，尤其是在卫星通信、移动通信等领域已被广泛应用。 本论文对卷积码编码和Viterbi译码的设计原理及其FPGA实现方案进行了研究。同时，将交织和解交织技术应用于编码和解码的过程中。 首先，简要介绍了卷积码的基础知识和维特比译码算法的基本原理，并对硬判决译码和软判决译码方法进行了比较。其次，讨论了交织和解交织技术及其在纠错码中的应用。然后，介绍了FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus Ⅱ，包括数字系统的设计方法和设计规则。再有，对基于FPGA的维特比译码器各个模块和相应算法实现、优化进行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平台上对硬判决译码和软判决译码以及有无交织等不同情况进行了仿真，并根据仿真结果分析了维特比译码器的性能。 分析结果表明，系统的误码率达到了设计要求，从而验证了译码器设计的可靠性，所设计基于FPGA的并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的场合。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着多媒体技术的迅猛发展，电子、计算机、通讯和娱乐之间的相互融合、渗透越来越多，而数字音频技术则是应用最为广泛的技术之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)编解码算法作为数字音频的解决方案，在便携式多媒体产品中得到了广泛流行。 在已有的便携式MP3系统实现方案中，低速处理器与专用硬件结合的SOC设计方案结合了硬件实现方式和软件实现方式的优点，具有成本低、升级容易、功能丰富等特点。IMDCT(反向改进离散余弦变换)是编解码算法中一个运算量大调用频率高的运算步骤，因此适于硬件实现，以降低处理器的开销和功耗，来提高整个系统的性能。 本文首先阐述了MP3音频编解码标准和流程，以及IMDCT常用的各种实现算法。在此基础上选择了适于硬件实现的递归循环实现方法，并在已有算法的基础上进行了改进，减小了所需硬件资源需求并保持了运算速度。接着提出了模块总体设计方案，结合算法进行了实现结构的优化，并在EDA环境下具体实现，用硬件描述语言设计、综合、仿真，且下载到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在减小硬件资源的同时快速地实现了IMDCT，经验证功能正确。
上传时间： 2013-05-31
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H.264/AVC是由ITU和ISO两大组织联合组成的JVT共同制定的一项新的视频压缩技术标准，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264/AVC的应用亮点。在同样的视觉质量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4节约了50％的码率。但H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的增加，据估计其编码的计算复杂度大约为H.263的3倍，因此很难应用于实时视频处理领域。针对这一现状，业内做了大量的研究工作，力图降低其计算复杂度和提高运行效率。比如在运动估计方面，国内外在这方面的研究已经很成熟。而针对帧内/帧间预测编码的研究却较少。因此研究预测模式的快速算法具有理论意义和应用价值。 本文在详细研究H.264标准视频压缩编码特点基础上，分析了H.264帧内编码, 帧间编码及变换，量化技术的原理及特点，提出了一种基于局部边缘方向信息的快速帧内模式判决算法，通过结合SAD的模式选择方法来减少模式选择数目。它采用了Sobel梯度算子计算当前块的边缘信息，累加当前块中属于同一方向像素点的边缘矢量构造不同模式下的边缘方向直方图，以便确定最可能的预测模式。该算法有效降低了编码器的运算复杂度，在并未显著降低编码性能的情况下提升了编码器效率。仿真表明：Foreman 图像序列编码性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，这大大提高了视频传输的质量。 另外在帧间预测模式选择算法方面进行了改进研究：按顺序对不同类型进行判决，有选择地去比较可能模式，使得在有效减少需判决的模式数量的同时，结合小块模式搜索中途停止准则来确定最优模式。仿真表明：改进算法相对与原来算法能够节省很多的编码时间（平均下降了49.3％），但带来的图像质星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和码率较少的增加。 同时在整数DCT变换模块中，提出了一种快速蝶形算法，使得对4×4点数据做一次变换，只需通过8×8次加法和2×8次移位运算便可完成，与原来12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了运算复杂度。 最后介绍FPGA的特点及设计流程，并实现了H.264编解码器中变换编码及量化和熵解码模块的硬件。这种基于FPGA所实现的H.264编码视频处理模块设计具备了成本低，周期短，设计方法灵活等优点，具有广阔的市场应用前景。 仿真表明，通过使用本文提出的帧内/帧间速算法方法可使得H.264编码速度获得显著的提高，使H.264 Baseline编码器能在PC平台上实现实时编码。
上传时间： 2013-07-18
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-07-05
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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、成本低等特点，适合无线通信的高速化、宽带化及移动化的需求，将成为下一代无线通信系统(4G)的核心调制传输技术。 本文首先描述了OFDM技术的基本原理。对OFDM的调制解调以及其中涉及的特性和关键技术等做了理论上的分析，指出了OFDM区别于其他调制技术的巨大优势；然后针对OFDM中的信道估计技术，深入分析了基于FFT级联的信道估计理论和基于联合最大似然函数的半盲分组估计理论，在此基础上详细研究描述了用于OFDM系统的迭代的最大似然估计算法，并利用Matlab做了相应的仿真比较，验证了它们的有效性。 而后，在Matlab中应用Simulink工具构建OFDM系统仿真平台。在此平台上，对OFDM系统在多径衰落、高斯白噪声等多种不同的模型参数下进行了仿真，并给出了数据曲线，通过分析结果可正确评价OFDM系统在多个方面的性能。 在综合了OFDM的系统架构和仿真分析之后，设计并实现了基于FPGA的OFDM调制解调系统。首先根据802.16协议和OFDM系统的具体要求，设定了合理的参数；然后从调制器和解调器的具体组成模块入手，对串/并转换，QPSK映射，过采样处理，插入导频，添加循环前缀，IFFT/FFT，帧同步检测等各个模块进行硬件设计，详细介绍了各个模块的设计和实现过程，并给出了相应的仿真波形和参数说明。其中，针对定点运算的局限性，为系统设计并自定义了24位的浮点运算格式，参与傅立叶反变换和傅立叶变换的运算，在系统参数允许的范围内，充分利用了有限资源，提高了系统运算精度；然后重点描述了基于FPGA的快速傅立叶变换算法的改进、优化和设计实现，针对原始快速傅立叶变换FPGA实现算法运算空闲时间过多，资源占用较大的问题，提出了带有流水作业功能、资源占用较少的快速傅立叶变换优化算法设计方案，使之运用于OFDM基带处理系统当中并加以实现，结果满足系统参数的需求。最后以理论分析为依据，对整个OFDM的基带处理系统进行了系统调试与性能分析，证明了设计的可行性。 综上所述，本文完成了一个基于FPGA的OFDM基带处理系统的设计、仿真和实现。本设计为OFDM通信系统的进一步改进提供了大量有用的数据。
上传时间： 2013-07-25
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基于IPP的 嵌入式 音频解码器设计与优化
上传时间： 2013-04-24
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本文以数字信号处理系统为应用背景，围绕基于FPGA的ⅡR数字滤波器的实现技术展开了研究。 首先以ⅡR数字滤波器的优化设计基本理论为依据，研究了在频域上的最小均方误差设计法和在时域上的最小平方误差设计法。以四阶和六阶两个ⅡR低通数字滤波器设计为例，利用Matlab软件进行辅助设计，探讨了滤波器的设计过程。 然后着重研究了FPGA的设计方法和设计流程，在设计中采用了层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个功能模块，利用VHDL语言编程和原理图两种设计技术进行了ⅡR滤波器的各个功能模块的设计，采用EPlCl2Q240器件实现了基于FPGA的二个二阶节级联型结构的四阶ⅡR低通数字滤波器，并类推了设计六阶ⅡR低通数字滤波器。最后用QuartusⅡ4.0软件进行了综合与仿真，用MATLAB7.0软件对仿真结果进行了分析，最终在GW48-PK2开发系统中进行了硬件电路验证，得出了实际滤波效果测试波形，验证了所设计滤波器的正确性。 本设计对于用二阶节级联型结构构成的ⅡR数字滤波器硬件电路具有通用性，通过改变二阶节级联型结构的数量，可以构成任意偶数阶的滤波器；同时，通过上模型中系数的变换，也可以构成相应阶数的高通、带通、带阻等滤波器。
上传时间： 2013-06-20
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数控系统在工矿领域已得到广泛应用，计算机数控系统通过对数字化信息的处理和运算，并转化成脉冲信号，实现对步进电机的控制，进而控制数控机床动作和零件加工。随着嵌入式技术的发展，我们可以设计规模更小，成本更低，功能更特定的嵌入式系统来完成传统计算机数控系统所完成的工作。 步进电机以其精度高、控制灵活、定位准确、起停迅速、工作可靠、能直接接受数字信号的特点，成为数控系统中的重要执行部件。然而根据步进电机的特性，必须要采取适当而有效的升降速控制策略，特别是在多电机连动的系统中，对多个电机连动的速度控制和脉冲分配也很值得研究。在本文中作者将介绍一种三轴连动的速度控制和脉冲分配的优化算法，以及其在基于FPGA和ARM配合的高速数控雕刻机控制系统中的实现。 在本文中还可以看见，为了减小本系统中主控MCU的压力，作者还将利用FPGA来设计一个针对多电机连动的速度控制和脉冲分配优化算法的外围定制控制器。 最终实验结果表明，作者所提出的优化算法及其在本系统的实现方案，完全达到客户所提出的高速数控雕刻机控制系统的各项设计性能指标。
上传时间： 2013-07-02
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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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本文主要对基于FPGA芯片的椭圆曲线密码算法的实现及优化设计进行了研究。由于点乘运算极大影响了椭圆曲线密码系统的加/解密速度，本文对点乘运算的FPGA设计进行了重点优化。首先比较分析了三种点乘算法，从运算复杂度的角度确定了蒙哥马里算法是最利于FPGA芯片实现的。然后根据蒙哥马里算法，用VerilogHDL语言实现了基于FPGA芯片的椭圆域中的基本运算(模加、模乘、模平方和模逆)。通过三种模乘算法在FPGA上的实现，设计出一种串并混合的乘法器，达到了面积与速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim对本课题设计的硬件系统进行了仿真实验，验证了所设计的硬件系统完成了椭圆曲线密码算法在FPGA上的实现。最后使用SynplifyPro进行综合及布局布线，综合报告文件证明了本课题所设计的ECC加密系统达到了优化芯片速度和面积的目的。
上传时间： 2013-04-24
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