随着通信技术和计算机技术的发展，多媒体的应用与服务越来越广泛，视频压缩编码技术也随之成为非常重要的研究领域。运动估计是视频压缩编码中的一项关键技术。由于视频编码系统的复杂性主要取决于运动估计算法，因此如何找到一种可靠、快速、性能优良的运动估计算法一直是视频压缩编码的研究热点。运动估计在视频编码器中承担的运算量最大、控制最为复杂，由于对视频编码的实时性要求，因此运动估计模块一般都采用硬件来设计。 本文的目的是在FPGA芯片上设计实现一种更优的易于硬件实现的块匹配运动估计算法——二步搜索算法。全文首先讨论了块匹配运动估计理论及其主要技术指标，介绍了运动估计技术在MPEG-4中的应用，然后在对典型的运动估计算法进行分析比较的基础上讨论了一种性能和硬件实现难易度综合指数较高的二步搜索算法。本文对已有的用于全搜索算法实现的VLSI结构进行了改进，设计了符合二步搜索算法要求的FPGA实现结构，并在对其理论分析之后，对实现该算法的运动估计模块进行了功能模块的划分，并运用VerilogHDL硬件描述语言、ISE及Modelsim开发工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了对各功能模块的设计、实现与时序仿真。最后，对整个运动估计模块进行了仿真测试，给出了其在FPGA上搭建实现后的时序仿真波形图与占用硬件资源情况，通过对时序仿真结果可知本文设计的各功能模块工作正常，并且能够协同工作，整个运动估计模块能够正确的实现二步搜索运动估计算法，并输出正确的运动估计结果；通过对占用硬件资源及时钟频率情况的分析验证了本文设计的二步搜索运动估计算法的FPGA实现结构具备先进性和实时可实现性。
上传时间： 2013-05-27
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS图像压缩算法，并根据其编码方案，设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面，将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析； (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法； (3)优化算法复杂度较大的功能模块，如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度，利用DSP块处理核心运算单元，从而很大程度上提高了模块的运行速度，并降低了芯片的使用面积； (4)设计并实现系统的模块级流水线，在几乎不增加占用芯片面积的情况下，提高了系统的数据吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段，设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块，提高了系统验证的工作效率。
上传时间： 2013-05-19
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现场可编程门阵列(FPGA)是一种现场可编程专用集成电路，它将门阵列的通用结构与现场可编程的特性结合于一体，如今，FPGA系列器件已成为最受欢迎的器件之一。随着FPGA器件的广泛应用，它在数字系统中的作用日益变得重要，它所要求的准确性也变得更高。因此，对FPGA器件的故障测试和故障诊断方法进行更全面的研究具有重要意义。随着FPGA器件的迅速发展，FPGA的密度和复杂程度也越来越高，使大量的故障难以使用传统方法进行测试，所以人们把视线转向了可测性设计(DFT)问题。可测性设计的提出为解决测试问题开辟了新的有效途径，而边界扫描测试方法是其中一个重要的技术。 本文对FPGA的故障模型及其测试技术和边界扫描测试的相关理论与方法进行了详细的探讨，给出了利用布尔矩阵理论建立的边界扫描测试过程的数学描述和数学模型。论文中首先讨论边界扫描测试中的测试优化问题，总结解决两类优化问题的现有算法，分别对它们的优缺点进行了对比，进而提出对两种现有算法的改进思想，并且比较了改进前后优化算法的性能。另外，本文还对FPGA连线资源中基于边界扫描测试技术的自适应完备诊断算法进行了深入研究。在研究过程中，本文基于自适应完备诊断的思想对原有自适应诊断算法的性能进行了分析，并将独立测试集和测试矩阵的概念引入原有自适应诊断算法中，使改进后的优化算法能够简化原算法的实现过程，并实现完备诊断的目标。最后利用测试仿真模型证明了优化算法能够更有效地实现完备诊断的目标，在紧凑性指标与测试复杂性方面比现在算法均有所改进，实现了算法的优化。
上传时间： 2013-06-30
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随着 EDA 技术及微电子技术的飞速发展，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的设计水平也达到了一个新的高度。基于FPGA的嵌入式系统设计为现代电子产品设计带来了更大的灵活性，以Nios Ⅱ软核处理器为核心的SOPC(System on Programmable Chip)系统便是把嵌入式系统应用在FPGA上的典型例子，本文设计的指纹识别模块就是基于FPGA的Nios Ⅱ处理器为核心的SOPC设计。通过IP核技术和灵活的软硬件编程，实现Nios Ⅱ对FPGA外围器件的控制，并对指纹处理算法进行了改进，研究了指纹识别算法到Nios Ⅱ系统的移植。 本文首先阐述了指纹识别模块的SOPC设计方案，然后是对模块的详细设计。在硬件方面，完成了指纹识别模块的 FPGA 硬件设计，包括 FPGA 内部的Nios Ⅱ系统硬件设计和 FPGA 外围电路设计。前者利用 SOPC Builder将Nios Ⅱ处理器、指纹读取接口 UART、键盘与LCD显示接口、FLASH接口、SDRAM控制器构建成NiosⅡ硬件系统，后者是电源和时钟电路、SDRAM存储器电路、FLASH存储器电路、LCD显示电路、指纹传感器电路、FPGA 配置电路这些纯实物硬件设计，给出了设计方法和电路连接图。 在软件方面，包括下面两个内容： 完成 FPGA 外围器件程序设计，实现对外围器件的操作。 深入的研究了指纹识别算法。对指纹图像识别算法中的指纹图像滤波和匹配算法进行了分析，提出了指纹图像增强改进算法和匹配改进算法，通过试验，改进后的指纹图像滤波算法取得了较好的指纹图像增强效果。改进后的匹配算法速度较快，误识率较低。最后研究了指纹识别算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系统的实现。
上传时间： 2013-06-12
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随着集成电路的设计规模越来越大，FPGA为了满足这种设计需求，其规模也越做越大，传统平面结构的FPGA无法满足实际设计需求。首先是硬件设计上的很难控制，其次就是计算机软件面临很大挑战，所有复杂问题全部集中到布局布线(P&R)这一步，而实际软件处理过程中，P&R所占的时间比例是相当大的。为了缓解这种软件和硬件的设计压力，多层次化结构的FPGA得以采用。所谓层次化就是可配置逻辑单元内部包含多个逻辑单元(相对于传统的单一逻辑单元)，并且内部的逻辑单元之间共享连线资源，这种结构有利于减少芯片面积和提高布通率。与此同时，FPGA的EDA设计流程也多了一步，那就是在工艺映射和布局之间增加了基本逻辑单元的装箱步骤，该步骤既可以认为是工艺映射的后处理，也可认为是布局和布线模块的预处理，这一步不仅需要考虑打包，还要考虑布线资源的问题。装箱作为连接软件前端和后端之间的桥梁，该步骤对FPGA的性能影响是相当大的。 本文通过研究和分析影响芯片步通率的各种因素，提出新的FPGA装箱算法，可以同时减少装箱后可配置逻辑单元(CLB)外部的线网数和外部使用的引脚数，从而达到减少布线所需的通道数。该算法和以前的算法相比较，无论从面积，还是通道数方面都有一定的改进。算法的时间复杂度仍然是线性的。与此同时本文还对FPGA的可配置逻辑单元内部连线资源做了分析，如何设计可配置逻辑单元内部的连线资源来达到即减少面积又保证芯片的步通率，同时还可以提高运行速度。 另外，本文还提出将电路分解成为多块，分别下载到各个芯片的解决方案。以解决FPGA由于容量限制，而无法实现某些特定电路原型验证。该算法综合考虑影响多块芯片性能的各个因数，采用较好的目标函数来达到较优结果。
上传时间： 2013-04-24
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码元定时恢复(位同步)技术是数字通信中的关键技术。位同步信号本身的抖动、错位会直接降低通信设备的抗干扰性能，使误码率上升，甚至会使传输遭到完全破坏。尤其对于突发传输系统，快速、精确的定时同步算法是近年来研究的一个焦点。本文就是以Inmarsat GES/AES数据接收系统为背景，研究了突发通信传输模式下的全数字接收机中位同步方法，并予以实现。 本文系统地论述了位同步原理，在此基础上着重研究了位同步的系统结构、码元定时恢复算法以及衡量系统性能的各项指标，为后续工作奠定了基础。 首先根据卫星系统突发信道传输的特点分析了传统位同步方法在突发系统中的不足，接下来对Inmarsat系统的短突发R信道和长突发T信道的调制方式和帧结构做了细致的分析，并在Agilent ADS中进行了仿真。 在此基础上提出了一种充分利用报头前导比特信息的，由滑动平均、阈值判断和累加求极值组成的快速报头时钟捕获方法，此方法可快速精准地完成短突发形式下的位同步，并在FPGA上予以实现，效果良好。 在长突发形式下的报头时钟捕获后还需要对后续数据进行位同步跟踪，在跟踪过程中本论文首先用DSP Builder实现了插值环路的位同步算法，进行了Matlab仿真和FPGA实现。并在插值环路的基础上做出改进，提出了一种新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA实现。最后将移位算法与插值算法进行了性能比较，证明该算法更适合于本项目中Inmarsat的长突发信道位同步跟踪。 论文对两个突发信道的位同步系统进行了理论研究、算法设计以及硬件实现的全过程，满足系统要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着微电子技术的发展，国内外红外成像技术也得到了广泛的应用和研究。各国军方针对现代战争和未来信息战的新形势，对热成像技术提出了更高的要求，希望今后能研制出性能更佳、体积更小、分辨率和灵敏度更高、作用距离更远、价格更低的红外成像系统。 CCD 成像系统的关键技术是 CCD 器件设计和图像处理。本课题通过对CCD 图像处理技术的研究，采用嵌入式 Nios Ⅱ+FPGA 的工作方式，充分发挥嵌入式 Nios Ⅱ处理器灵活性和 FPGA 处理速度快的优点，构建出结构灵活、处理速度高以及功能完善的图像处理系统。该系统能同时实时实现两点校正算法、加权滤波算法、对比度增强算法以及疵点补偿等多项功能。 本系统成功应用于国内某研究所研制的目前国内最大型面阵 (PtSi 512×512) CCD 焦平面探测器成像组件中，得到了良好的成像效果；同时，由该处理系统构成的 InGaAs 成像组件也处于国内领先水平。从长远来看，该项技术应用于中电 44 所多种成像组件项目的研究中，推动了 PtSi 256×256、PtSi 512×512 焦平面探测器成像组件以及 4096×96TDI CCD 成像组件的工程化应用进程。
上传时间： 2013-05-22
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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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近几年来，OFDM技术引起了人们的广泛注意，根据这项新技术，很多相关协议被提出来。其中WiMax代表空中接口满足IEEE802.16标准的宽带无线通信系统，IEEE标准在2004年定义了空中接口的物理层(PHY)，即802.16d协议。该协议规定数据传输采用突发模式，调制方式采用OFDM技术，传输速率较高且实现方便、成本低廉，已经成为首先推广应用的商业化标准。本文对IEEE802.16d OFDM系统物理层进行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上实现了基带算法。 ⑴探讨了OFDM基本原理及其关键技术。根据IEEE802.16d OFDM系统的物理层发送端流程搭建了基带仿真链路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系统在有无循环前缀(CP)、多径数目不同等情况下的性能变化。由于同步算法和信道估计算法计算量都很大，为了找到适合采用FPGA实现的算法，分析了同步误差和不同信道估计算法对接收信号的影响，并结合计算量的大小提出了一种新的联合同步算法，以及得出了LS信道估计算法最适合802.16d系统的结论。 ⑵完成了基带发射机和接收机的FPGA硬件电路实现。为了使系统的时钟频率更高，采用了流水线的结构。设计中采用编写Verilog程序和使用IP核相结合的办法，实现了新的联合同步算法，并且通过简化结构，避免了信道估计算法中的繁琐除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc软件平台对程序进行设计、综合和仿真，并将仿真结果和MATLAB软件计算结果相对比。结果表明，采用16位数据总线可达到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式对基带系统进行了验证。通过串口通信从功能上表明该系统确实可行。
上传时间： 2013-04-24
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生物医学信号是源于一个生物系统的一类信号，像心音、脑电、生物序列和基因以及神经活动等，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息，它们对这些系统状态的研究和诊断具有很大的价值。信号拾取、采集和处理的正确与否直接影响到生物医学研究的准确性，如何有效地从强噪声背景中提取有用的生物医学信号是信号处理技术的重要问题。 设计自适应滤波器对带有工频干扰的生物医学信号进行滤波，从而消除工频干扰，获得最佳的滤波效果是本研究要解决的问题。生物医学信号具有信号弱、噪声强、频率范围较低、随机性强等特点。由于心电(electrocardiogram，ECG)信号的确定性、稳定性、规则性都比其他生物信号高，便于准确评估和检测滤波效果，本研究采用ECG信号作为原始的模板信号。 本研究将新的电子芯片技术与现代信号处理技术相结合，从过去单一的软件算法研究，转向软件与硬件结合，从而提高自适应速度和精度，而且可以使系统的开发周期缩短、成本降低、容易升级和变更。 采用现场可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作为新的ECG快速提取算法的硬件载体，加快信号处理的速度。为了将ECG快速提取算法转换为常用的适合于FPGA芯片的定点数算法，研究中详细分析了定点数的量化效应对自适应噪声消除器的影响，以及对浮点数算法和定点数算法的复合自适应滤波器的各种参数的选择，如步长因子和字长选择。研究中以定点数算法中的步长因子和字长选择，作为FPGA设计的基础，利用串并结合的硬件结构实现自适应滤波器，并得到了预期的效果，准确提取改善后的ECG信号。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)软件的环境下模拟，选取带有50Hz工频干扰的不同信噪比的ECG原始信号，在浮点数情况下，原始信号通过采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮点数自适应滤波器后，根据信噪比的改善和收敛速度，确定不同的最佳μ值，并在定点数情况下，在最佳μ值的情况下，原始信号通过采用LMs算法的定点数自适应滤波器后，根据信噪比的改善效果和采用硬件的经济性，确定最佳的定点数。并了解LMS算法中步长因子、定点数字长值对信号信噪比、收敛速度和硬件经济性的影响。从而得出针对含有工频干扰的不同信噪比的原始ECG，应该采用什么样的μ值和什么样的定点数才能对原始ECG的改善和以后的硬件实现取得最佳的效果，并根据所得到的数据和结果，在FPGA上实现自适应滤波器，使自适应滤波器能对带有工频干扰的ECG原始信号有最佳的滤波效果。
上传时间： 2013-04-24
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