随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-04-24
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正交频分复用（OFDM）是一种无线环境下的高速传输技术，它使用一系列低速子载波并行传输数据，具有抗多径干扰的能力、能以很高的频谱利用率实现高速数据传输等优点。数字音频广播（DAB）系统中采用OFDM调制技术。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和实现方法，分析了DAB中不同模式下OFDM调制的参数和特点。实现OFDM的核心技术是快速傅立叶变换（FFT）。本文在分析研究了多种FFT算法的基础上选择了最适合FPGA实现的，满足DAB系统中OFDM调制要求的FFT算法，即将2048点FFT分解为基-4和基-2混合基算法。 本文研究重点是使用FPGA实现2048点复数FFT处理器。2048点FFT由五级基-4运算和一级基-2运算组成。针对这一算法以及FPGA特点，进行系统结构设计、各个模块设计、FPGA实现和测试。一个基-4和基-2复用的蝶形运算模块是整个FFT处理器的核心部分。此外系统还包括：系统控制模块，地址产生模块，RAM和ROM。本文特别针对2048点按频率抽取基-4/2顺序处理的FFT处理器提出了一种巧妙的数据地址和旋转因子地址生成的方法。 仿真和验证表明，运算的结果可以达到一定的精度要求，运算速度满足系统要求，说明该OFDM调制器的设计是可行的，可以应用于DAB系统中
上传时间： 2013-06-05
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数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。常用的实现高速数字信号处理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、逻辑实现能力强、速度快、设计灵活性好等众多优点，尤其在并行信号处理能力方面比DSP更具优势。在信号处理领域，经常需要对多路信号进行采集和实时处理，为解决这一问题，本文设计了基于FPGA的数据采集和处理系统。 本文首先介绍数字信号处理系统的组成和数字信号处理的优点，然后通过FFT算法的比较选择和硬件实现方案的比较选择，进行总体方案的设计。在硬件方面，特别讨论了信号调理模块、模数转换模块、FPGA芯片配置等功能模块的设计方案和硬件电路实现方法。信号处理单元的设计以Xilinx ISE为软件平台，采用VHDL和IP核的方法，设计了时钟产生模块、数据滑动模块、FFT运算模块、求模运算模块、信号控制模块，完成信号处理单元的设计，并采用ModelSim仿真工具进行相关的时序仿真。最后利用MATLAB对设计进行验证，达到技术指标要求。
上传时间： 2013-07-07
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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
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软件无线电技术作为一种新的通信技术，其基本思想是构造一个通用硬件平台，使宽带A/D，D/A尽量靠近天线，在数字域完成信号处理，通过选用不同软件模块即可实现不同的通信功能，这样大大缩短了电台的研发周期。该技术在通信(尤其是在移动通信)领域有着迫切的需求和广阔的应用前景。 本文阐述了软件无线电的基础理论，对信号采样理论、多速率信号处理技术、高效数字滤波器、数字正交变换理论进行了分析和研究。从目前器件发展水平和实验研究条件出发，设计了一个基于FPGA的软件无线电通信平台。设计采用了中频数字化处理的硬件平台结构，选用Altera Cyclone系列FPGA作为信号处理和总体控制配置的核心，并结合专用通信芯片，数字上变频器AD9856和数字下变频器AD6654来实现该平台。采用VHDL和Verilog HDL语言对时分复用模块、信道编解码模块、调制解调模块等进行了模块化设计，并对电路板设计过程中系统的配置和控制、无源滤波器设计、阻抗匹配电路设计等问题进行了详细的讨论，最后对印制电路板进行测试和调试，获得了预期的效果。 本文给出的设计方案，大大简化了数字通信系统的硬件设备，具有较强的通用性和灵活性，通过修改系统参数和配置程序，即可适应不同的通信模式和信道状况，充分体现了软件无线电的优势。该平台不仅仅能应用在通信设备上，在许多系统验证平台、测试设备中均可应用，颇具实用价值。
上传时间： 2013-07-21
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在3G移动通信网络建设中，如何实现密集城区的无线网络覆盖是目前基站的发展方向。目前网络覆盖理念的核心思想就把传统宏基站的基带处理和射频部分分离，分成基带处理单元和射频拉远单元两个设备，这样既节省空间、降低设置成本，又提高了组网效率。本文研究的数字收发机用于WCDMA基站系统的射频拉远单元中，实现移动通信网中射频信号的传输工作。 数字收发机主要由射频处理部分、模数/数模转换部分、数字上下变频处理部分、接口转换以及数字光模块组成。本文研究的重点是数字上下变频处理部分。设计采用软件无线电的架构和FPGA技术，所设计的数字上下变频部分可以在不修改硬件电路的基础上只需修改软件部分的参数则可实现多种频率的变频处理，极大地降低了开发成本，且缩短了开发周期。 根据系统设计的设计要求，以及现有芯片使用情况比较，本文选用Altera公司的：FPGA芯片，应用公司提供的Dspbuilder作为系统级的开发工具，应用Quartus Ⅱ作为综合、布局布线工具实现数字上下变频处理部分设计。 本文的主要研究工作包括以下几个部分： (1)对数字收发机的整体结构进行分析研究，确定数字收发机的实现结构和各个部分的功能； (2)通过对数字上下变频的相关理论的研究，分析出数字上下变频的结构、实现方法及性能； (3)通过对数控振荡器、CIC滤波器、FIR滤波器进行理论研究、内部实现结构以及性能分析，得出具体的参数和仿真实现结构； (4)使用FPGA中的IP核技术来实现数字上下变频，利用Matlab中Dspbuilder提供的IP核分别进行NCO、CIC、FIR的仿真工作；并得出数字上下变频的总体仿真实现结果； (5)对高速收发通道进行了研究和设计，根据系统的要求给出了数据帧结构，并采用Altera的第三代FPGA产品Stratix Ⅱ GX系列芯片实现了数字收发机的信号的串并/并串的接口转换。为后续继续研究工作奠定基础。
上传时间： 2013-06-21
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数字信号发生器是数字信号处理中不可缺少的调试设备。在某工程项目中，为了提供特殊信号，比如雷达信号，就需要设计专用的数字信号发生器，用以达到发送雷达信号的要求。在本文中提出了使用PCI接口的专用数字信号发生器方案。 该方案的目标是能够采录雷达信号，把信号发送到主机作为信号文件存储起来，然后对这个信号文件进行航迹分离，得到需要的航迹信号文件。同时，信号发生器具有发送信号的功能，可以把不同形式的信号文件发送到检测端口，用于设备调试。 在本文中系统设计主要分为硬件和软件两个方面来介绍： 硬件部分采用了FPGA逻辑设计加上外围电路来实现的。在硬件设计中，最主要的是FPGA逻辑设计，包括9路主从SPI接口信号的逻辑控制，片外SDRAM的逻辑控制，PCI9054的逻辑控制，以及这些逻辑模块间信号的同步、发送和接收。在这个过程中信号的方向是双向的，所选用的芯片都具有双向数据的功能。 在本文中软件部分包括驱动软件和应用软件。驱动软件采用PLXSDK驱动开发，通过控制PCI总线完成数据的采录和发送。应用软件中包括数据提取和数据发送，采用卡尔曼滤波器等方法。 通过实验证明该方案完全满足数据传输的要求，达到SPI传输的速度要求，能够完成航迹提取，以及数据传输。
上传时间： 2013-07-03
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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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随着计算机运算速度的提高和计算机网络的发展，基于离散对数问题和大整数因子分解问题的数字签名算法越来越不能满足信息安全的需要。为了满足信息安全的要求，安全性依赖于椭圆曲线离散对数困难问题(ECDLP)的椭圆曲线密码体制是当前密码学界研究的热点之一。现有的求解ECDLP的算法都是全指数时间复杂度的算法。由于专用集成电路具有速度快、性能好、安全性高等优势，使得采用专用集成电路来实现椭圆曲线密码体制己成为主要趋势。因此，本课题着眼于应用，针对基于椭圆曲线数字签名算法的FPGA实现进行了较为深入的探讨与研究。 本课题从实际应用的需要出发，以初等数论、有限域理论、数字签名技术和椭圆曲线理论为依据，确定了如下基于椭圆曲线数字签名算法的硬件实现方案：首先，对实现基于椭圆曲线数字签名算法所需的算法和技术进行了剖析和系统设计。然后，按照层次化、模块化的设计思想，在Xinlinx公司的ISE 7．1工具中，采用硬件描述语言VHDL作为设计输入，对各运算器和控制模块进行电路设计；采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具对之进行功能仿真，以保证底层设计的正确性。最后，在确保每个模块的设计正确的前提下，完成电路的总体设计，再进行总体设计的仿真与测试。 本课题对Schnorr数字签名算法的改进，实现了比未改进前的Schnorr数字签名算法平均节省三分之一的运行时间。对基于椭圆曲线数字签名算法的设计也获得了良好的指标：产生签名只需要1ms多的时间，验证签名也需要不到3ms。本课题的研究对实现电子交易安全方面有重要的作用，尤其是在密钥分配、电子货币、电子证券、电子商务和电子政务等领域都有重要的应用价值，其成果具有广泛的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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