随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-04-24
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随着移动终端、多媒体、通信、图像扫描技术的发展，图像应用日益广泛，压缩编码技术对图像处理中大量数据的存储和传输至关重要。同时， FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现图像压缩已成为一种必然趋势。JPEG静态图像压缩标准应用非常广泛，是图像压缩中主要的标准之一。研究JPEG图像压缩在FPGA上的实现，具有广阔的应用背景。 论文从实际工程应用出发，通过设计图像压缩的IP核，完成JPEG压缩算法在FPGA上的实现。首先阐述JPEG基本模式的压缩编码的标准，然后在设计规划过程中，采用SOC的设计思想，给出整个系统的内部结构、层次划分，对各个模块的HDL实现进行详细的描述，最后完成整体验证。方案采用了IP核复用的设计技术，基于Xilinx公司本身的IP核，进行了再次开发。在研究JPEG标准的核心算法DCT的基础上，加以改进，设计了适合器件结构的基于DA算法的DCT变换的IP核。通过结构和算法的优化，提高了速度，减少占用过多的片内资源。 设计基于Xilinx的Virtex- II系列的FPGA的硬件平台,在ISE7.1中编译综合，最后通过Modelsim仿真验证。分辨率为352×288大小的源图像，在不同的压缩等级设置下，均测试通过。仿真验证的结果表明：基于FPGA的JPEG压缩编码占用较少的硬件资源，可在较高的工作频率下运行，设计在速度和资源利用率方面达到了较优的状态，能够满足一般图像压缩的要求。 整个设计可以作为单独的JPEG编码芯片也可以作为IP核添加到其他系统中去，具有一定的使用价值。
上传时间： 2013-04-24
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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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当前我国正处在从模拟电视系统向数字电视系统的转型期，数字电视用户数量激增，其趋势是在未来的几年内数字电视将迅速普及。在应用逐渐广泛的数字电视系统中，监控数字电视服务正成为一种越来越迫切的需要。然而，目前对于数字电视并没有合适的监测仪器，因此无法及时方便地诊断出现问题的信号以及隔离需要维修的数字化设备。通常只有当电视屏幕上的图像消失时我们才知道数字信号系统出了问题。几乎没有任何线索可以用来找到问题的所在或原因，码流分析仪器在这种情况下应运而生。目前在数字电视系统的前端，通过监控了解数字视频广播(DVB)信号和服务的状况从而采取措施比通过观众的反映而采取措施要主动和及时得多。传输流(TS)的测试设备可使技术人员分析码流的内部情况，它们在决定未来服务质量和客户满意度方面将扮演更重要的角色。 本文着重研究了在DVB广播电视系统中，DVB-ASI信号的解码、MPEG-2TS的实时检错原理和基于现场可编辑门阵列(FPGA)的实现方法。文章首先阐述了数字电视系统的一些基本概念，介绍了MPEG-2/DVB标准、ETR101 290标准、异步串行接口(ASI)。然后介绍了FPGA的基本概念与开发FPGA所使用的软件工具。最后根据DVB-ASI接收系统的解码规则与MPEG-2TS码流的结构提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS码流实时分析与检测系统设计方案并予以了实现。 在本系统中，FPGA起着核心的作用，主要完成DVB-ASI的解码、MPEG-2TS码流检错、以及数字电视节目专有信息(PSI)提取等功能。本文实现的系统与传统的码流分析仪相比具有集成度较高、易扩展、便于携带、稳定性好、性价比高等优点。
上传时间： 2013-06-04
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随着信息技术和计算机技术的飞速发展，数字信号处理已经逐渐发展成一门关键的技术科学。图像处理作为一种重要的现代技术，己经在通信、航空航天、遥感遥测、生物医学、军事、信息安全等领域得到广泛的应用。图像处理特别是高分辨率图像实时处理的实现技术对相关领域的发展具有深远意义。另外，现场可编程门阵列FPGA和高效率硬件描述语言Verilog HDL的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程，为图像压缩系统的实现提供了硬件支持和软件保障。 本文主要包括以下几个方面的内容： (1)结合某工程的具体需求，设计了一种基于FPGA的图像压缩系统，核心硬件选用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存储器件选用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，图像压缩的核心算法选用近无损压缩算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述语言实现了JPEG-LS标准中的基本算法，为课题组成员进行算法改进提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述语言设计并实现了SDRAM控制器模块，使核心压缩模块能够方便灵活地访问片外存储器。 (4)构建了图像压缩系统的测试平台，对实现的SDRAM控制器模块和JPEG-LS基本算法模块进行了软件仿真测试和硬件测试，验证了其功能的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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USB(UniversalSerialBus，通用串行总线)是当今消费电子产品和仪器设备中应用最广的接口协议之一，然而目前国内的USB芯片只有极少数几款，产品研究善处于起步阶段，绝大部分产品主要由国外的IC设计芯片厂商如Cypress、NEC等一些国际著名公司提供。因而，如果能够自主开发设计USB芯片以替代国外同类产品，将会有很好的市场前景和利润空间。 本论文课题是针对基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列器件)的数字电子产品应用设计一种实际可复用的USB接口引擎软核。该软核主要是用于处理USB标准协议包的通信处理，通过外接MCU(MultipointControlUnit，微控制器)就可以实现完整的USB接口通讯功能。它的功能相当于一些USB引擎的专用芯片如：Philips的PDIUSBD12等，其优点是结构简单、灵活性高、复用设计方便。 功能仿真和综合测试结果显示本论文所设计的接口引擎软核符合设计要求，并且软核的性能和市场上同类产品基本一致。本论文的创新之处在于：1、从可配置性角度出发设计了低速、全速、高速三种可选模式；2、支持最多31个可配置端点；3、采用了可综合、可移植的RTL(RegisterTransferLevel，寄存器传输级)代码设计规则，同时也开发了可综合的验证测试代码；4、完全由硬件实现USB通信功能。
上传时间： 2013-07-18
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标准集成电路数据手册cmos4000系列电路
上传时间： 2013-06-01
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随着FPGA(FieldProgrammableGateArray)器件的应用越来越广泛且重要，FPGA的测试技术也得到了广泛重视和研究。基于FPGA可编程的特性，应用独立的测试(工厂测试)需要设计数个测试编程和测试向量来完成FPGA的测试，确保芯片在任何用户可能的编程下都可靠工作。 本论文正是针对上述问题，以XilinxXC4000E系列FPGA为主要的研究对象，在详细研究FPGA内部结构的基础上，基于“分治法”的基本思路对FPGA的测试理论和方法做了探索性研究。 研究完成了对可编程逻辑模块(ConfigrableLogicBlock)及其子模块的测试。主要基于“分治法”对CLB及其子模块进位逻辑(CLM)、查找表(LUT)的RAM工作模式等进行了测试划分，分别实现了以“一维阵列”为基础的测试配置和测试向量，以较少了测试编程次数完成了所有CLB资源的测试。 研究完成了对互连资源(ConfigrableInterconnectResource)的测试。基于普通数据总线的测试方法，针对互连资源主要由线段和NMOS开关管组成的特点及其自身的故障模型，通过手工连线实现测试配置，仅通过4次编程就实现了对其完全测试。 在测试理论研究的基础上，我们开发了能对FPGA器件进行实际测试的测试平台。基于硬件仿真器的测试平台通过高速光纤连接工作站上的EDA仿真软件，把软件语言描述的测试波形通过硬件仿真器转化为真实测试激励，测试响应再读回到仿真软件进行观察，能够灵活、快速的完成FPGA器件的配置和测试。该平台在国内首次实现了软硬件协同在线测试FPGA。在该平台支持下，我们成功完成了对各军、民用型号FPGA的测试任务。 本研究成果为国内自主研发FPGA器件提供了有力保障，具有重大科研与实践价值，成功解决了国外公司在FPGA测试技术上的垄断问题，帮助国产FPGA器件实现完全国产化。
上传时间： 2013-05-17
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本文对于全并行Viterbi译码器的设计及其FPGA实现方案进行了研究，并最终将用FPGA实现的译码器嵌入到某数字通信系统之中。 首先介绍了卷积码及Viterbi译码算法的基本原理，并对卷积码的纠错性能进行了理论分析。接着介绍了Viterbi译码器各个模块实现的一些经典算法，对这些算法的硬件结构设计进行优化并利用FPGA实现，而后在QuartusⅡ平台上对各模块的实现进行仿真以及在Matlab平台上对结果进行验证。最后给出Viterbi译码模块应用在实际系统上的误码率测试性能结果。 测试结果表明，系统的误码率达到了工程标准的要求，从而验证了译码器设计的可靠性，同时所设计的基于FPGA实现的全并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的应用场合。
上传时间： 2013-07-30
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当前，在系统级互连设计中高速串行I/O技术迅速取代传统的并行I/O技术正成为业界趋势。人们已经意识到串行I/O“潮流”是不可避免的，因为在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已经达到了物理极限，不能再提供可靠和经济的信号同步方法。基于串行I/O的设计带来许多传统并行方法所无法提供的优点，包括：更少的器件引脚、更低的电路板空间要求、减少印刷电路板（PCB）层数、PCB布局布线更容易、接头更小、EMI更少，而且抵抗噪声的能力也更好。高速串行I/O技术正被越来越广泛地应用于各种系统设计中，包括PC、消费电子、海量存储、服务器、通信网络、工业计算和控制、测试设备等。迄今业界已经发展出了多种串行系统接口标准，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太网、10G以太网XAUI、串行ATA等等。 Aurora协议是为私有上层协议或标准上层协议提供透明接口的串行互连协议，它允许任何数据分组通过Aurora协议封装并在芯片间、电路板间甚至机箱间传输。Aurora链路层协议在物理层采用千兆位串行技术，每物理通道的传输波特率可从622Mbps扩展到3.125Gbps。Aurora还可将1至16个物理通道绑定在一起形成一个虚拟链路。16个通道绑定而成的虚拟链路可提供50Gbps的传输波特率和最大40Gbps的全双工数据传输速率。Aurora可优化支持范围广泛的应用，如太位级路由器和交换机、远程接入交换机、HDTV广播系统、分布式服务器和存储子系统等需要极高数据传输速率的应用。 传统的标准背板如VME总线和CompactPCI总线都是采用并行总线方式。然而对带宽需求的不断增加使新兴的高速串行总线背板正在逐渐取代传统的并行总线背板。现在，高速串行背板速率普遍从622Mbps到3.125Gbps，甚至超过10Gbps。AdvancedTCA（先进电信计算架构）正是在这种背景下作为新一代的标准背板平台被提出并得到快速的发展。它由PCI工业计算机制造商协会（PICMG）开发，其主要目的是定义一种开放的通信和计算架构，使它们能被方便而迅速地集成，满足高性能系统业务的要求。ATCA作为标准串行总线结构，支持高速互联、不同背板拓扑、高信号密度、标准机械与电气特性、足够步线长度等特性，满足当前和未来高系统带宽的要求。 采用FPGA设计高速串行接口将为设计带来巨大的灵活性和可扩展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片内置了最多24个RocketIO收发器，提供从622Mbps到3.125Gbps的数据速率并支持所有新兴的高速串行I/O接口标准。结合其强大的逻辑处理能力、丰富的IP核心支持和内置PowerPC处理器，为企业从并行连接向串行连接的过渡提供了一个理想的连接平台。 本文论述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA设计传输速率为2.5Gbps的高速串行背板接口，该背板接口完全符合PICMG3.0规范。本文对串行高速通道技术的发展背景、现状及应用进行了简要的介绍和分析，详细分析了所涉及到的主要技术包括线路编解码、控制字符、逗点检测、扰码、时钟校正、通道绑定、预加重等。同时对AdvancedTCA规范以及Aurora链路层协议进行了分析， 并在此基础上给出了FPGA的设计方法。最后介绍了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT设计工具，可在标准ATCA机框内完成单通道速率为2.5Gbps的全网格互联。
上传时间： 2013-05-29
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