数字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天、通信、医学及工业生产等领域中。数字图像处理的特点是处理的数据量大，处理非常耗时，本文研究了在FPGA上用硬件描述语言实现图像处理算法，通过功能模块的硬件化，解决了视频图像处理的速度问题。随着微电子技术的高速发展，FPGA为数字图像信号处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路。 本文设计的基于FPGA的图像处理系统，是一个具有视频图像采集、图像处理、图像显示功能的图像处理系统。该系统采用Altera公司FPGA芯片作为中央处理器，由视频解码模块、图像处理模块、视频编码模块组成。模拟视频信号由CCD传感器送入，经视频解码芯片SAA7113转换成数字视频信号后，图像处理模块完成中值滤波和边缘检测这两种图像处理算法，视频编码芯片SAA7121将数字视频信号转换成模拟视频信号输出。 整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境QuartusⅡ以及第三方仿真软件Modelsim上进行了仿真及逻辑综合。仿真结果表明，使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得良好的处理效果，处理速度也远远高于软件法处理的方法。
上传时间： 2013-04-24
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数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位，应用范围相当广泛，所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究，旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。 从各个方面考虑，选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。整个系统采用单通道的方式。信号进来首先经过前端的调理电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内，这里调理电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。调理后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。然后把AD转换后的数据送到FPGA中，并把数据保存到FPGA中的FIFO中，FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。 DSP处理器主要是用来从FIFO中提取数据并进行相应的处理。因为DSP运算速度快，所以本文利用DSP来完成滤波和波形重建的时候的插值算法等功能。然后DSP利用其多缓冲串口把数据送到单片机，单片机把从DSP中发送过来的数据显示到LCD上，同时利用单片机来管理键盘等功能。在软件方面主要完成了程序的一些初始化驱动，比如说是FLASH驱动、LCD驱动、DSP串口初始化、FPGA初始化等相关工作。 由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计比较灵活，容易升级。可以根据自己的需要进行相关的改进，例如对外围电路做进一步地扩展。
上传时间： 2013-04-24
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数字图像通信的最广泛的应用就是数字电视广播系统，与以往的模拟电视业务相比，数字电视在节省频谱资源、提高节目质量方面带来了一场新的革命，而与此对应的DVB（Digital Video Broadcasting）标准的建立更是加速了数字电视广播系统的大规模应用。DVB标准选定MPEG—2标准作为音频及视频的编码压缩方式，随后对MPEG—2码流进行打包形成TS流（transport stream），进行多个传输流复用，最后通过不同媒介进行传输。在DVB标准的传输系统中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输，为了保障图像质量，使数字节目在传输过程中避免出现因受到各种信道噪声干扰而出现失真的现象，都采用了信道编码的方式来保护传输数据。信道编码是数字通信系统中一个必需的、重要的环节。 信道编码设计方案的优劣决定了DVB系统的成功与否，本文重点研究了DVB系统中的信道编码算法及其FPGA实现方案，主要进行了如下几项工作： 1）介绍了DVB系统信道编码的基本概念及特点，深入研究了DVB标准中信道编码部分的关键技术，并针对每个信道编码模块进行工作原理分析、算法分析。 2）根据DVB信道编码的特点，重点对信道编码中四个模块，包括扰码、RS编码、卷积交织编码和卷积编码的FPGA硬件实现算法进行了比较详细的分析，并阐述了每个模块及QPSK调制的设计方案及实现模块功能的程序流程。 3）在RS（204，188）编码过程中，利用有限域常数乘法器的特点，对编码器进行了优化，在很大程度上提高了编码效率，卷积交织器部分采用RAM移位法，实现起来更为简单且节省了FPGA器件内部资源。 4）设计以Altera公司的QuartusⅡ为开发平台，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道编码各模块及QPSK调制的硬件实现，通过Verilog HDL描述和时序仿真来验证算法的可行性，并给出系统设计中减少毛刺的方法，使系统更为稳定。最终的系统仿真结果表明该系统工作稳定，达到了DVB系统信道编码设计的要求。
上传时间： 2013-06-26
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随着人们对于高速无线数据业务的急切需求以及新的无线通信技术的发展，频谱资源匮乏问题日益严重。无线频谱的紧缺已经成为限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。认知无线电技术(Cognitive Radio)改变了传统的固定频谱分配方式，它以频谱利用的高效性为目标，允许非授权用户择机利用授权用户的频谱空洞传输数据，以此来解决无线频谱资源短缺的问题。它是具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。本文的目标是在基于FPGA+DSP的系统硬件平台上，以软件编程的方式实现认知无线电数据传输的功能。 软件无线电是实现认知无线电的理想平台。本文首先阐述了软件无线电的基本工作原理及关键技术途径，对多速率信号处理中的内插和抽取、带通采样、数字下变频、滤波等技术进行了分析与探讨，为设计多速率调制解调系统提供了理论基础。然后针对软件无线电的要求给出了基于FPFA+DSP的系统设计硬件框图，并对其中的部分硬件(FPGA、AD9857、AD9235)做了简要的描述并给出其初始化过程。在理解基本概念和原理的基础上，详细论述了在系统硬件设计平台上实现的π/4-DQPSK、8PSK、16QAM调制解调技术。本文给出了调制解调系统实现方案中的各个功能模块(差分编、解码，加同步头、内插和成形滤波，下变频，系统同步等)具体的设计方案和通过硬件编程实现了板级的仿真和最后的硬件实现，并对其中得到的数据进行分析，进一步验证方案的可行性。最后介绍了通信板同频谱感知板协同工作原理，依据频谱感知板获取的各个信道状况自适应的选择π/4-DQPSK、8PSK、16QAM调制解调方式并在FPGA上实现了其中部分功能。
上传时间： 2013-05-30
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自香农先生于1948年开创信息论以来，经过将近60年的发展，信道编码技术已经成为通信领域的一个重要分支，各种编码技术层出不穷。目前广泛研究的低密度奇偶校验(LDCP)码是由R.G.Gallager先生提出的一种具有逼近香农限性能的优秀纠错码，并已在数字电视、无线通信、磁盘存储等领域得到大量应用。 目前数字电视已经成为最热门的话题之一，用手机看北京奥运，已经成为每一个中国人的梦想。最近两年我国颁布了两部与数字电视有关的通信标准，分别是数字电视地面传输标准(DMB-TH)和移动多媒体(CMMB)即俗称的手机电视标准。数字电视正与每个人走得越来越近，我国预期在2015年全面实现数字电视并停止模拟电视的播出。作为数字电视标准的核心技术之一的前向纠错码技术已经成为众多科研单位的研究热点，相应的编解码芯片更成为重中之重。在DMB-TH标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式，在CMMB标准中用到了LDPC码和RS码的级联编码方式，在DVB-S2标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式。 本论文以目前最重要的三个与数字电视相关的标准：数字电视地面传输标准(DMB-TH)、手机电视标准(CMMB)以及数字卫星电视广播标准(DVB-S2)为切入点，深入研究它们的编码方式，设计了这三个标准中的LDPC码编码器，并在FPGA上实现了前两个标准的编码芯片，实现了DMB-TH标准中0.4、0.6以及0.8三种码率的复用。在研究CMMB标准中编码器设计时，提出一种改进的LU分解算法，该分解方式适合任意的H矩阵，具有一定的广泛性。测试结果表明，芯片逻辑功能完全正确，速度和资源消耗均达到了标准的要求，具有一定的商用价值。
上传时间： 2013-07-07
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现代社会对各种无线通信业务的需求迅猛增长，这就要求无线通信在具有较高传输质量的同时，还必须具有较大的传输容量。这种需求要求在无线通信中必须采用效率较高的线性调制方式，以提高有限频带带宽的数据速率和频谱利用率，而效率较高的调制方式通常会对发端发射机的线性要求较高，这就使功率放大器线性化技术成为下一代无线通信系统的关键技术之一。 在本文中，研究了前人所提出的各种功放线性化技术，如功率回退法、正负反馈法、预失真和非线性器件法等等，针对功率放大器对信号的失真放大问题进行研究，对比和研究了目前广泛流行的自适应数字预失真算法。在一般的自适应数字预失真算法中，主要有两类：无记忆非线性预失真和有记忆非线性预失真。无记忆非线性预失真主要是通过比较功率放大器的反馈信号和已知输入信号的幅度和相位的误差来估计预失真器的各种修正参数。而有记忆非线性预失真主要是综合考虑功率放大器非线性和记忆性对信号的污染，需要同时分析信号的当前状态和历史状态。在对比完两种数字预失真算法之后，文章着重分析了有记忆预失真算法，选择了其中的多项式预失真算法进行了具体分析推演，并通过软件无线电的方法将数字信号处理与FPGA结合起来，在内嵌了System Generator软件的Matlab/Simulink上对该算法进行仿真分析，证明了这个算法的性能和有效性。 本文另外一个最重要的创新点在于，在FPGA设计上，使用了系统级设计的思路，与Xilinx公司提供的软件能够很好的配合，在完成仿真后能够直接将代码转换成FPGA的网表文件或者硬件描述语言，大大简化了开发过程，缩短了系统的开发周期。
上传时间： 2013-06-20
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随着图像处理技术和投影技术的不断发展，人们对高沉浸感的虚拟现实场景提出了更高的要求，这种虚拟显示的场景往往由多通道的投影仪器同时在屏幕上投影出多幅高清晰的图像，再把这些单独的图像拼接在一起组成一幅大场景的图像。而为了给人以逼真的效果，投影的屏幕往往被设计为柱面屏幕，甚至是球面屏幕。当图像投影在柱面屏幕的时候就会发生几何形状的变化，而避免这种几何变形的就是图像拼接过程中的几何校正和边缘融合技术。 一个大场景可视化系统由投影机、投影屏幕、图像融合机等主要模块组成。在虚拟现实应用系统中，要实现高临感的多屏幕无缝拼接以及曲面组合显示，显示系统还需要运用几何数字变形及边缘融合等图像处理技术，实现诸如在平面、柱面、球面等投影显示面上显示图像。而关键设备在于图像融合机，它实时采集图形服务器，或者PC的图像信号，通过图像处理模块对图像信息进行几何校正和边缘融合，在处理完成后再送到显示设备。 本课题提出了一种基于FPGA技术的图像处理系统。该系统实现图像数据的AiD采集、图像数据在SRAM以及SDRAM中的存取、图像在FPGA内部的DSP运算以及图像数据的D/A输出。系统设计的核心部分在于系统的控制以及数字信号的处理。本课题采用XilinxVirtex4系列FPGA作为主处理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述语言在FPGA内部设计了A/D模块、D/A模块、SRAM、SDRAM以及ARM处理器的控制器逻辑。 本课题在FPGA图像处理系统中设计了一个ARM处理器模块，用于上电时对系统在图像变化处理时所需参数进行传递，并能实时从上位机更新参数。该设计在提高了系统性能的同时也便于系统扩展。 本文首先介绍了图像处理过程中的几何变化和图像融合的算法，接着提出了系统的设计方案及模块划分，然后围绕FPGA的设计介绍了SDRAM控制器的设计方法，最后介绍了ARM处理器的接口及外围电路的设计。
上传时间： 2013-04-24
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软件无线电(SDR，Software Defined Radio)由于具备传统无线电技术无可比拟的优越性，已成为业界公认的现代无线电通信技术的发展方向。理想的软件无线电系统强调体系结构的开放性和可编程性，减少灵活性著的硬件电路，把数字化处理(ADC和DAC)尽可能靠近天线，通过软件的更新改变硬件的配置、结构和功能。目前，直接对射频(RF)进行采样的技术尚未实现普及的产品化，而用数字变频器在中频进行数字化是普遍采用的方法，其主要思想是，数字混频器用离散化的单频本振信号与输入采样信号在乘法器中相乘，再经插值或抽取滤波，其结果是，输入信号频谱搬移到所需频带，数据速率也相应改变，以供后续模块做进一步处理。数字变频器在发射设备和接收设备中分别称为数字上变频器(DUC，Digital Upper Converter)和数字下变频器(DDC，Digital Down Converter)，它们是软件无线电通信设备的关键部什。大规模可编程逻辑器件的应用为现代通信系统的设计带来极大的灵活性。基于FPGA的数字变频器设计是深受广大设计人员欢迎的设计手段。本文的重点研究是数字下变频器(DDC)，然而将它与数字上变频器(DUC)完全割裂后进行研究显然是不妥的，因此，本文对数字上变频器也作适当介绍。 第一章简要阐述了软件无线电及数字下变频的基本概念，介绍了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介绍了数控振荡器(NCO)，介绍了两种实现方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的实现。对CORDIc算法作了重点介绍，给出了传统算法和改进算法，并对基于传统CORDIC算法的NCO的FPGA实现进行了EDA仿真。 第三章介绍了变速率采样技术，重点介绍了软件无线电中广泛采用的级联积分梳状滤波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)补偿法，对前者进行了基于Matlab的理论仿真和FPGA实现的EDA仿真，后者只进行了基于Matlab的理论仿真。 第四章介绍了分布式算法和软件无线电中广泛采用的半带(half-band，HB)滤波器，对基于分布式算法的半带滤波器的FPGA实现进行了EDA仿真，最后简要介绍了FIR的多相结构。 第五章对数字下变频器系统进行了噪声综合分析，给出了一个噪声模型。 第六章介绍了数字下变频器在短波电台中频数字化应用中的一个实例，给出了测试结果，重点介绍了下变频器的：FPGA实现，其对应的VHDL程序收录在本文最后的附录中，希望对从事该领域设计的技术人员具有一定参考价值。
上传时间： 2013-06-30
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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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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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