在通信系统中，人们一直致力于信息传输的有效性和可靠性的研究，信道纠错编码技术一直是人们研究的重点。1993年，Turbo码的提出，以其接近Shannon极限的优异的译码性能在编码界引起了轰动，并成为研究纠错编码的热点课题。经过十几年的研究和发展，目前，Turbo码已经走向了实用化的道路，如何用硬件实现有效的Turbo码编译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现Turbo码译码器为研究目标，首先分析了Turbo码的基本编译码原理和3GPP标准的Turbo码编码结构和交织算法。然后重点分析了MAP译码算法，Log-MAP译码算法和：Max-Log-MAP译码算法，并对三种译码算法进行了详细的理论推导和计算复杂度的定量分析比较，对影响Turbo码译码性能的主要因素进行了MATLB仿真分析。 论文在深入分析比较上述三种译码算法的基础之上，选择Max-Log-MAP译码算法进行了Turbo码译码器的FPGA设计实现。主要针对FPGA实现的数据量化、定点数据表示方式、Max-Log-MAP算法子译码器关键运算单元的FPGA设计和基于3GPP标准的Turbo码译码器的内交织的FPGA设计进行了深入研究，完成了固定译码长度的Turbo码译码器的FPGA设计实现，并利用ModelSim和MATLAB分别对译码器进行了功能时序验证和FPGA定点仿真测试。
上传时间： 2013-07-09
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H.264作为新一代视频编码标准，相比上一代视频编码标准MPEG2，在相同画质下，平均节约64﹪的码流。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构，实现灵活性极大，其规定了三个档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用，因此。H.264的编码器的设计可以根据需求的不同而不同。 H.264虽然具有优异的压缩性能，但是其复杂度却比一般编码器高的多。本文对H.264进行了编码复杂度分析，并统计了整个软件编码中计算量的分布。H.264中采用了率失真优化算法，提高了帧内预测编码的效率。在该算法下进行帧内预测时，为了得到一个宏块的预测模式，需要进行592次率失真代价计算。因此为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度，本文改进了帧内预测模式选择算法。实践证明，在PSNR值的损失可以忽略不计的情况下，该算法相比原算法，帧内编码时间平均节约60﹪以上，对编码的实时性有较大帮助。 为了实现实时编码，考虑到FPGA的高效运算速度和使用灵活性，本文还研究了H.264编码器基本档次的FPGA实现。首先研究了H.264编码器硬件实现架构，并对影响编码速度，且具有硬件实现优越性的几个重要部分进行了算法研究和FPGA.实现。本文主要研究了H.264编码器中整数DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、CAVLC编码以及反量化、逆整数DCT变换等部分。分别对这些模块进行了综合和时序仿真，并将验证后通过的系统模块下载到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，进行了在线测试，验证了该系统对输入的残差数据实时压缩编码的功能。 本文对H.264编码器帧内预测模式选择算法的改进，算法实现简单，对软件编码的实时性有很大帮助。本文对在单片FPGA上实现H.264编码器做出了探索性尝试，这对H.264编码器芯片的设计有着积极的借鉴性。
上传时间： 2013-05-25
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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： 2013-08-03
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IECJTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准，其优良的压缩特性使得它将具有广泛的应用领域。JPEG2000算法非常复杂，图像编码过程占用了大量的处理器时间开销和内存开销，因而通过对JPEG2000算法进行优化并采用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部内容，对加快编码速度从而扩展其应用领域有重要的意义。 本文的研究主要包括两方面的内容，其一是JPEG2000算术编码器算法的研究与硬件设计，其二是JPEG2000码率控制算法的研究与优化算法的设计。在研究算术编码器过程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算术编码器的编码原理和编码流程，之后采用有限状态机和二级流水线技术，并在不影响关键路径的情况下通过对算术编码步骤优化采用硬件描述语言对算术编码器进行了设计，并通过了功能仿真与综合。实验证明该设计不但编码速度快，而且流水线短，硬件设计的复杂度低且易于控制。 在研究码率控制算法过程中，首先结合率失真理论建立了算法的数学模型，并验证了该算法的有效性，之后深入分析了该数学模型的实现流程，找出影响算法效率的关键路径。在对算法优化时采用黄金分割点算法代替原来的二分查找法，并使用了码块R-D斜率最值记忆和码率误差控制算法。实验证明，采用优化算法在增加少量系统资源的情况下使得计算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理论与JPEG2000中PCRD-opt算法的具体实现，又提出了一种失真更低的比特分配方案，即按照“失真/码长”值从大到小通道编码顺序进行编码，通过对该算法的仿真验证，得出在固定码率条件下新算法将产生更少的失真。
上传时间： 2013-07-13
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JPEG2000是新一代的静态图像压缩标准，它相比JPEG有很多新的特性，如渐进传输和感兴趣区域编码等，因而它具有广阔的应用前景，特别是在数码相机、PDA等便携式设备中。 JPEG2000的核心主要包括小波变换和基于最优化截断点的嵌入式块编码(EBCOT)算法，其计算复杂度远远高于JPEG，完全采用软件方案实现将会占用大量的处理器时间和内存开销，而且速度较慢，实时处理的能力较差。为了推广JPEG2000在便携式产品、消费类电子产品中的应用，打开巨大的潜在市场，研究硬件实现的算法实时处理方案具有重要的应用价值。 EBCOT算法是一个两层的编码引擎，其中的上下文编码的运算量约占到总运算量的50％，是提高编码速度的关键算法之一。由于上下文编码大部分都是逻辑运算，没有复杂的数学运算，但逻辑控制流程复杂繁琐，对存储器访问频繁，采用DSP或者其他的通用处理器通过指令控制实现该算法，未能显著提高编码速度。本文采用FPGA芯片，以电路逻辑的方式来实现该算法并进行优化，在研究和分析了上下文编码算法运算特点的基础上，设计了列判断和交错存储相结合的硬件实现方案，并采用硬件描述语言Verilog在寄存器传输级描述了相应的硬件电路。通过功能仿真和逻辑综合后，所获得的上下文编码模块最大时钟频率为101MHz，且能在130ms内完成对一幅512×512灰度图像的编码，性能比Jasper软件中的实现方案提高了75％。 JPEG2000的一个重要特性是其具有渐进传输的能力，而码流组织是获得渐进传输特性的技术关键。码流组织通过在输出码流中安排数据包的先后顺序来实现渐进传输的目的。本文对JPEG2000中实现渐进传输的机制进行了分析，并研究了码流组织的算法实现。 为了对JPEG2000算法实现进行验证，本文设计了基于FPGA和ARM的验证实验平台，其中FPGA主要完成算法中运算量较大的小波变换、上下文编码和算术编码，而ARM处理器则完成码流组织、数据打包以及和PC机的通信。本文在该平台上对所设计的上下文编码算法和码流组织模块的设计进行了验证，实验结果表明本文设计的算法模块功能正确，并在一定程度上提高了编码速度。
上传时间： 2013-04-24
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最新的研究进展是OFDM的出现，并且在2000年出现了第一个采用此技术的无线标准(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它与TDMA及CDMA相比能处理更高数据速率，因此可以预想在第四代系统中也将使用此技术。 宽带应用和高速率数据传输是OFDM调制/多址技术通信系统的重要特征之一。作者通过参与国家863计划项目“OFDM通信系统”一年以来的研发工作，对OFDM通信系统及相关技术有了深入的理解，积累了大量实际经验，并在相关工作中取得了部分研究成果。 另一方面，关于宽带自适应均衡技术的研究在近年来也引起了广泛的关注。它是补偿信道畸变的重要的技术之一。作者通过参与该项目FPGA部分的开发与调试工作，基于单片FPGA实现了均衡部分；此外，作者在频域自适应均衡算法方面也取得了一些理论成果。 本文的主体部分就是根据上述工作的内容展开的。 首先介绍了本课题相关技术的发展情况，主要包括：OFDM系统的技术原理、技术优势、历史和现状，均衡技术的特点和发展等。末尾叙述了本课题的来源和研究意义，并简介了作者的主要工作和贡献。确定将WSSUS分布和瑞利衰落作为本文研究的信道模型。主要分析了常用的时域均衡器，均是单载波非扩频数字调制中常用到的均衡器和均衡算法，为接下来的进一步研究作理论参考。 接着，论述了均衡必须用到的信道估计技术。重点就该方案的核心算法(频域均衡算法)进行了数学上进行了较深入的研究，建立系统模型，并据此推导了三种频域均衡的算法：频域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，频域线性内插。采用WSSUS信道模型进行了计算机仿真，得出了采用这些均衡算法在不同条件下的性能曲线。并且系统地、有重点地对该方案的原理和实质进行了较深入的讨论。归纳比较了各种算法的算法复杂度和能达到的性能，并且结合信道纠错编解码进行了细致的分析。进一步尝试设计了无线局域网OFDM系统的设计，采用典型的欧洲Hyperlan2系统为例，把研究成果引入到实际的整个系统中来看。结合具体的系统指出了该均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的应用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型号芯片针对OFDM系统实现频域自适应均衡的方法，主要给出了设计方法、时序仿真结果和处理速度估值等；并结合最新的FPGA发展动态和特点，对基于FPGA实现其他均衡算法的升级空间进行了讨论。 本文的结束语中，对作者在本文中所作贡献进行了总结，并指出了仍有待深入研究的几个问题。
上传时间： 2013-04-24
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本文首先在介绍多用户检测技术的原理以及系统模型的基础上，对比分析了几种多用户检测算法的性能，给出了算法选择的依据。为了同时克服多址干扰和多径干扰，给出了融合多用户检测与分集合并技术的接收机结构。 接着，针对WCDMA反向链路信道结构，介绍了扩频使用的OVSF码和扰码，分析了扰码的延时自相关特性和互相关特性，指出了存在多址干扰和多径干扰的根源。在此基础上，给出了解相关检测器的数学公式推导和结构框图，并仿真研究了用户数、扩频比、信道估计精度等参数对系统性能的影响。 常规的干扰抵消是基于chip级上的抵消，需要对用户信号重构，因此具有较高的复杂度。在解相关检测器的基础上，衍生出符号级上的干扰抵消。通过仿真，给出了算法中涉及的干扰抑制控制权值、干扰抵消级数等参数的最佳取值，并进行了算法性能比较。仿真结果验证了该算法的有效性。 最后，介绍了WCDMA系统移动台解复用技术的硬件实现，在FPGA平台上分别实现了与基站和安捷伦8960仪表的互联互通。
上传时间： 2013-07-29
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该文针对复杂信号实时处理的困难,提出了采用FPGA来实现信号处理的方法,并根据系统需要设计了一个嵌入式实验平台.根据FPGA实现信号处理的关键点:设计合理的FPGA结构,体现算法的并行性和流水性,论文着重分析了用FPGA实现阵列结构处理的具体方法和实现过程.论文从分析算法的并行度入手,提出用相关图方法直观反映算法的相关性,在此基础上设计了算法的信号流图结构和脉动阵列结构.并针对典型信号处理算法(矩阵运算、卷积运算)进行了并行度分析,相关图设计和从相关图导出脉动阵列结构的研究.同时针对FPGA特点,提出了采用CORDIC结构来设计通用运算单元,给出其流水实现的结构,结合脉动阵列结构提高了矩阵运算性能.最后设计一个以32位CPU为核心的实验平台,编写了启动程序和诊断程序.
上传时间： 2013-04-24
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基于小波变换和神经网络理论,对非稳定、大信噪比(SNR)变化的通信信号进行有效的特征提取和分类,实现了通信信号调制方式的分类识别.首先,采用基于多分辨分析框架的Mallat快速算法提取离散细节作为特征采,实验得出db3小波非常适合作为特征提取小波,用小波变换大大压缩了通信信号特征矢量,提取的信号特征矢量64点;然后依据神经网络理论,分别采用BP网络作为分类器对通信信号调制识别分类.从计算机模拟实验结果可知,该方法能很好地完成通信信号调制识别分类任务,使识别正确率得到了明显改善,同时降低了识别分类过程的复杂度,并且为通信信号调制识别的DSP实现提供了快速计算的理论基础.其次,介绍了TMS320LF2407 DSP和FPGA的结构原理,并在此基础上设计了数字信号处理板和制作调试电路板.最后,用汇编和C语言编制A/D程序、串口通信程序和应用程序,并在信号处理板上调试和运行.
上传时间： 2013-07-23
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在直流电气传动系统中使用的可控直流电源大部分是晶闸管相控整流电源,而晶闸管触发脉冲形成单元是晶闸管相控整流系统的重要组成部分.该设计采用现场可编程门阵列控制实现了晶闸管触发器的数字化,与传统的晶闸管触发控制器相比有脉冲对称度好等许多优点,具有广阔的应用前景.该论文首先系统分析了晶闸管触发器的各种性能指标,并对常见的触发器进行了分类.通过分析不同类型触发器的优缺点,最终确定采用三相同步的绝对触发方式,这种方式在控制器内部资源允许的前提下,在外围电路很少的情况下就能实现高性能控制,简化了系统设计.其次,对开发硬件和软件以及编程语言进行了介绍.另外,详细阐述了采用现场可编程门阵列EPFl0K10器件实现具有相序自适应、缺相保护等功能的晶闸管触发器的软硬件设计.最后,使用自主开发的触发器构成一套三相全控桥整流设备,并给出了实验结果和波形分析.试验结果表明,该论文设计的基于FPGA/CPLD的晶闸管智能触发控制器能够满足一般工业控制要求,达到了预期的目的.
上传时间： 2013-04-24
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