随着科学技术的发展，指纹识别技术被广泛应用到各种不同的领域。对于一般的指纹识别系统，其设计要求具有很高的实时性和易用性，因此识别算法应该具有较低的复杂度，较快的运算速度，从而满足实时性的要求。所以有必要根据不同的识别算法采用不同的实现平台，使得指纹识别系统具有较高的可靠性、实时性、有效性等性能要求。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera．公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入到FPGA内部，与用户自定义逻辑组建成一个基于FPGA的片上专用系统。 本文在综合考虑各种应用情况的基础上，以网络技术、数据库技术、指纹识别技术和嵌入式系统技术为理论基础，提出了一种有效可行的系统架构方案。对指纹识别技术中各个环节的算法和原理进行了深入研究，合理的改进了部分指纹识别算法；同时为了提高系统的实时性，采用NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA硬件模块实现指纹图像处理主要算法。论文主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、特征提取和特征匹配算法原理进行阐述，同时改进了指纹图像的细化算法，提高了算法的性能，并设计了一套实用的指纹特征数据结构； 2、针对指纹图像预处理模块，包括图像的归一化、频率提取、方向提取以及方向滤波，采用基于FPGA的硬件电路的方式实现。实验结果表明，在保证系统误识率较低、可靠性高的基础上，大大提高了系统的执行速度； 3、改变了传统的单枚指纹识别方法，提出采用多枚指纹唯一标识身份，大大降低了识别系统的误识率； 4、改进了传统的基于三角形匹配中获取基准点的方法，同时结合可变界限盒思想进行指纹特征匹配。 5、结合COM+技术、数据库技术和网络技术，开发了后台指纹特征匹配服务系统，实现了嵌入式指纹识别系统同数据库的实时信息交换。 实验结果表明，本文所提出的系统构架方案有效可行，基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面具有独特的优势，拥有广阔的发展前景。
上传时间： 2013-04-24
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随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅立叶变换(FFT)使离散傅立叶变换的运算时间缩短了几个数量级，在数字信号处理领域被广泛应用。FFT已经成为现代信号处理的重要手段之一。 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。同时基于FPGA实现FFT的设计方法和思想被提出。本次设计的目的是快速傅立叶变换(FFT)的FPGA实现。 此文在分析了快速傅立叶算法的基础上，提出了一种频率抽取基4 FFT的FPGA设计方案，针对现有FFT的FPGA实现过程中蝶形运算需要频繁乘以多个旋转因子提出了改进方法，减少了旋转因子的乘法次数和存储空间，加快了蝶形运算的速度，设计的地址映射方法，无需运算即可得到所需数据的存放地址，并结合采用乒乓结构和流水线方式，来提高快速傅立叶变换(FFT)FPGA实现的速度。描述了一片FPGA芯片内完成了整个FFT处理器的电路设计，经过模块时序仿真和数据的验证及测试，达到工作在50MHz时钟频率的设计要求。最后对后续设计做了描述，并对用FPGA实现FFT做了展望。
上传时间： 2013-04-24
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三维彩色信息获取系统目的是获取对象的三维空间坐标和颜色信息。它是计算机视觉研究的重要内容，也是当前信息科学研究中的一个重要热点。 本文首先介绍了三维信息获取技术的意义和实时可重构三维激光彩色信息获取系统总体方案。该方案合理划分了系统的图像处理任务，充分地利用了拥有的硬、软件资源。阐述了基于FPGA处理器的硬件系统结构及其工作原理和系统工作时序。 本文还研究了图像处理系统中的数字逻辑设计，总结出了较完整、规范化的设计流程和方法，介绍了从图像处理算法到可编程逻辑器件的规范化映射方法，总结了在视频系统中的高级设计技巧，包括并行流水线技术和循环结构的硬件实现方式等。 为了说明提出的设计方法，本文分析了基于自适应阈值的结构光条纹中心的方向模板快速检测算法的硬件实现。该算法是把自适应阈值法与可变方向模板法相结合，具有稳定性好、精度高、计算简单、数据存储量小、实现速度快的特点，此外，该方法有利于硬件快速实现。实践证明这种方法是实用的、有效的。 本文的重点在于研制了具有完全自主知识产权的实时可重构三维激光彩色信息获取系统中视频图像处理专用集成电路。该集成电路是实现系统快速算法的核心，使用现场可编程器FPGA器件EPlK50实现提取激光线、提取人头轮廓线和提取中心颜色线算法；该集成电路还要实现系统所需的控制逻辑。控制部分包括将视频采集输出端口信号转化为RGB真彩色信号的数据锁存模块、各FIFO缓存器的输入输出控制模块和系统需要的其它信号控制模块。提出提取轮廓线快速算法，即由FPGA处理器与主机交互式共同快速完成提取人头正侧影轮廓线算法。该专用集成电路研制是整个实时可重构三维激光彩色信息获取系统实现的关键。
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上传时间： 2013-07-23
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纹理映射在计算机图形计算中属于光栅化阶段，处理的是像素，主要的特点是数据的吞吐量大，对实时系统来说转换的速度是一个关键的因素，人们寻求各种加速算法来提高运算速度。传统的方法是用更快的处理器，并行算法或专用硬件。随着数字技术的发展，尤其是可编程逻辑门阵列(FPGAs)的发展，提供了一种新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的发展，当前的FPGA芯片已经能够运算各种图形算法，而在速度上与专用的图形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常适合这项工作。 本文主要工作包括以下几个方面： 1、本文提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法，改进了MIPmapping映射细化层次算法及纹理图像的存储方式，减少纹理寻址的计算量，提高纹理存储的相关性。详细内容请阅读第三章。 2、提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法的硬件实现方案，该方案针对移动设备对功耗和面积的要求，以及分辨率不高的特点，在参数空间到纹理地址的计算中用定点数来实现。详细内容请阅读第四章。 3、实现了纹理映射流水线单元纹理地址产生电路，及纹理滤波电路的FPGA设计，并给出设计的综合和仿真结果。详细内容请阅读第五章4、实现了符合IEEE 754单精度标准的乘法、乘累加及除法运算器电路。乘法器采用改进型Booth编码电路以减少部分积数量，用Wallace对部分积进行压缩；乘累加器采用multiply-add fused算法，对关键路径进行了优化；除法器为基于改进型泰勒级数展开的查找表结构实现，查找表尺寸只有208字节，电路为固定时延，在电路尺寸、延时及复杂度方面进行了较好的平衡。
上传时间： 2013-04-24
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本文主要研究了认知无线电频谱感知功能的关键技术以及硬件实现方法。首先，提出了认知无线电频谱感知功能的硬件实现框图，包括射频前端部分和数字信号处理部分，接着简单介绍了射频前端电路的功能与特性，最后重点介绍了数字信号处理部分的FPGA实现与验证过程。 数字处理部分主要实现宽带信号的短时傅立叶分析，将中频宽带数字信号通过基于多相滤波器组的下变频模块，实现并行多通道的数字下变频，然后对每个信道进行重叠加窗处理，最后再做快速傅立叶分析(FFT)，从而得到信号的时频关系。整个系统主要包括：延时抽取模块、多相滤波器模块、32点开关式流水线FFT模块、滑动窗缓冲区、256点流水线FFT模块等。 本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整个系统采用全同步设计，可稳定工作于200MHz，其分析带宽高达65MHz，具有很高的使用价值。
上传时间： 2013-06-13
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H.264视频编解码标准以其高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点在数字电视广播、网络视频流媒体传输、视频实时通信等许多方面得到了广泛应用。提高H.264帧内预测的速度，对于实时性要求较高的场合具有重大的意义。为此，论文在总结国内外相关研究的基础上，针对H.264帧内预测的软件实现具有运算量大、实时性差等缺点，提出了一种基于FPGA的高并行、多流水线结构的帧内预测算法的硬件实现。 论文在详细阐述H.264帧内预测编码技术的基础上，分析了17种预测模式算法，通过Matlab仿真建模，直观地给出了预测模式的预测效果，并在JM12.2官方验证平台上测试比较各种预测模式对编码性能的影响，以此为根据对帧内预测模式进行裁剪。接着论文提出了基于FPGA的帧内预测系统的设计方案，将前段采集剑的RGB图像通过色度转换模块转换成YCbCr图像，存入片外SDRAM中，控制模块负责读写数掘送入帧内预测模块进行处理。帧内预测模块中，采用一种并行结构的可配置处理单元，即先求和再移位最后限幅的电路结构，来计算各预测模式下的预测值，极大地减小了预测电路的复杂度。针对预测模式选择算法，论文采用多模式并行运算的方法，即多个结构相同的残差计算模块，同时计算各种预测模式对应的SATD值，充分发挥FPGA高速并行处理的能力。其中Hadamard变换使用行列分离的变换方法，采用蝶形快速变换、流水线设计提高硬件的工作效率。最后，论文设计了LCD显示模块直观地显示所得到的最佳预测模式。 整个帧内预测系统被划分成多个功能模块，采用层次化、模块化的设计思想，并采用流水线结构和乒乓操作来提高系统的并行性、运行速度和总线利用率。所有模块用Verilog语言设计，由Modelsim仿真和集成开发环境ISE9.1综合。仿真与综合结果表明，系统时钟频率最高达到106.7MHz。该设计在完成功能的基础上，能够较好地满足实时性要求。论文对于研究基于FPGA的H.264视频压缩编码系统进行了有益的探索，具有一定的实用价值。
上传时间： 2013-07-21
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基于过采样和∑-△噪声整形技术的DAC能够可靠地把数字信号转换为高精度的模拟信号(大于等于16位)。采用这一架构进行数模转换具有诸多优点，例如极低的失配噪声和更高的可靠性，便于实现嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量，音频转换，汽车电子等领域有着广泛的应用价值。 本文采用∑-△结构以FPGA方式实现了一个具有高精度的数模转换器，在24比特的输入信号下，达到了约150dB的信噪比。作为一个灵活的音频DAC实现方案。该DAC可以对CD/DVD/HDCD/SACD等多种制式下的音频信号进行处理，接受并转换采样率为32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字长为16/18/20/24比特的PCM数据，具备良好的兼容性和通用性。 由于非线性和不稳定性的存在，高阶∑-△调制器的设计与实现存在较大的难度。本文综合大量文献中的经验原则和方法，阐述了稳定的高阶高精度调制器的设计流程；并据此设计了达到24bit精度和满量程输入范围的的5阶128倍调制器。本文创新性地提出了∑-△调制器的一种高效率流水线实现结构。分析表明，与其他常见的∑-△调制器实现结构相比，本方案具有结构简单、运算单元少等优点；此外在同样信号采样率下，调制器所需的时钟频率大大降低。 文中的过采样滤波模块采用三级半带滤波器和一个可变CIC滤波器级联组成，可以达到最高128倍的过采样比，同时具有良好的通带和阻带特性。在半带滤波器的设计中采用了CSD编码，使结构得到了充分的简化。 本文提出的过采样DAC方案具有可重配置结构，让使用者能够方便地控制过采样比和调制器阶数。通过积分梳状滤波器的配置，能够获得32/64/128倍的不同过采样比，从而实现对于32～192kHz多种采样率输入的处理。在不同输入字长情况下，通过调制器的重构，则可以将调制器由高精度的5阶模式改变为功耗更低的3阶模式，满足不同分辨率信号输入时的不同精度要求。这是本文的另一创新之处。 目前，该过采样DAC已经在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件实现和验证。测试表明，对于从32kHz到192kHz的不同输入信号，该DAC模块输出1比特码流的带内信噪比均能满足24比特数据转换应用的分辨率要求。
上传时间： 2013-07-08
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波束形成模块是声纳信号处理系统中的核心部分，其作用为在空域上加强来自某一方向的信号，抑制干扰，同时探测目标的方位。因此，波束形成模块的研究在水下探测器、水下武器引信等声纳系统中显得尤为重要。本文基于阵列波束形成的原理对圆阵自适应波束形成展开了比较深入的研究。 首先，本文概述了声纳波束形成的研究背景和研究现状。基于本课题所研究的主动声纳模型，分析了主动声纳信号，提出应用复基带信号进行波束形成的方案；对接收波束形成的原理和方法进行了比较详细的推导和论述。 其次，本文重点对均匀圆形阵列流形的波束形成作了详细分析和波束图函数推导，并且应用MATLAB软件进行了仿真分析。然后对LMS自适应算法进行了介绍，由对LMS算法的分析推导了DLMS算法，并对LMS算法和DLMS算法进行了分析，并将DLMS算法应用于均匀圆阵波束形成。仿真结果表明，基于FIR滤波架构的DLMS算法以牺牲部分收敛速度为代价，可获得高速并行处理能力。DLMS自适应波束形成方法能使目标方向信号加强，同时将干扰信号零陷。 最后，本文介绍了基于FPGA的并行度为2的8阵元DLMS自适应波束形成设计思路以及实现方法。系统的整体结构采用了并行处理架构，而在单个支路采用了流水线技术。并应用硬件描述(VHDL)语言在QuartusⅡ4.0环境下设计了各软件模块和功能仿真。
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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PCI（Peripheral Component Interconnect）局部总线是微型计算机中处理器、存储器与外围控制部件、扩展卡之间的互连接口，由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特点，在各种计算机总线标准占有重要地位，基于PCI标准的接口设计已经成为相关项目开发中的一个重要的选择。 目前，现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gates）得到了广泛应用。由于其具有规模大，开发过程投资小，可反复编程，且支持软硬件协同设计等特点，因此已逐步成为复杂数字硬件电路设计的首选。 PCI接口的开发有多种方法，主要有两种：一是使用专用接口芯片，二是使用可编程逻辑器件，如FPGA。本论文基于成本和实际需要的考虑，采用第二种方法进行设计。 本论文采用自上而下（Top-To-Down）和模块化的设计方法，使用FPGA和硬件描述语言（VHDL和Verilog HDL）设计了一个PCI接口核，并通过自行设计的试验板对其进行验证。为使设计准确可靠，在具体模块的设计中广泛采用流水线技术和状态机的方法。 论文最终设计完成了一个33M32位的PCI主从接口，并把它作为以NIOSⅡ为核心的SOPC片内外设，与通用计算机成功进行了通讯。 论文对PCI接口进行了功能仿真，仿真结果和PCI协议的要求一致，表明本论文设计正确。把设计下载进FPGA芯片EP2C8Q208C7之后，论文给出了使用SIGNALTAPⅡ观察到的信号实际波形，波形显示PCI接口能够满足本设计中系统的需要。本文最后还给出试验板的具体设计步骤及驱动程序的安装。
上传时间： 2013-07-28
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