视频监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛用于在电视台、银行、商场等场合。在视频图像监控系统中，经常需要对多路视频信号进行实时监控，如果每一路视频信号都占用一个监视器屏幕，则会大大增加系统成本。视频图像画面分割器主要功能是完成多路视频信号合成一路在监视器显示，是视频监控系统的核心部分。 传统的基于分立数字逻辑电路甚至DSP芯片设计的画面分割器的体积较大且成本较高。为此，本文介绍了一种基于FPGA技术的视频图像画面分割器的设计与实现。 本文对视频图像画面分割技术进行了分析，完成了基于ITU-RBT.656视频数据格式的画面分割方法设计；系统采用Xilinx公司的FPGA作为核心控制器，设计了视频图像画面分割器的硬件电路，该电路在FPGA中，将数字电路集成在一起，电路结构简洁，具有较好的稳定性和灵活性；在硬件电路平台基础上，以四路视频图像分割为例，完成了I2C总线接口模块，异步FIFO模块，有效视频图像数据提取模块，图像存储控制模块和图像合成模块的设计，首先，由摄像头采集四路模拟视频信号，经视频解码芯片转换为数字视频图像信号后送入异步FIFO缓冲。然后，根据画面分割需要进行视频图像数据抽取，并将抽取的视频图像数据按照一定的规则存储到图像存储器。最后，按照数字视频图像的数据格式，将四路视频图像合成一路编码输出，实现了四路视频图像分割的功能。从而验证了电路设计和分割方法的正确性。 本文通过由FPGA实现多路视频图像的采集、存储和合成等逻辑控制功能，I2C总线对两片视频解码器进行动态配置等方法，实现四路视频图像的轮流采集、存储和图像的合成，提高了系统集成度，并可根据系统需要修改设计和进一步扩展功能，同时提高了系统的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
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在数字通信中，采用差错控制技术(纠错码)是提高信号传输可靠性的有效手段，并发挥着越来越重要的作用。纠错码主要有分组码和卷积码两种。在码率和编码器复杂程度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码。代数译码是基于码的代数结构；而概率译码不仅基于码的代数结构，还利用了信道的统计特性，能充分发挥卷积码的特点，使译码错误概率达到很小。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的，对于概率译码最初的序列译码，随着译码约束长度的增加，其译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化，对不太长的约束长度，维特比(Viterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时，Viterbi译码算法效率很高，速度很快，译码器也较简单。 目前，卷积码在数传系统，尤其是在卫星通信、移动通信等领域已被广泛应用。 本论文对卷积码编码和Viterbi译码的设计原理及其FPGA实现方案进行了研究。同时，将交织和解交织技术应用于编码和解码的过程中。 首先，简要介绍了卷积码的基础知识和维特比译码算法的基本原理，并对硬判决译码和软判决译码方法进行了比较。其次，讨论了交织和解交织技术及其在纠错码中的应用。然后，介绍了FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus Ⅱ，包括数字系统的设计方法和设计规则。再有，对基于FPGA的维特比译码器各个模块和相应算法实现、优化进行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平台上对硬判决译码和软判决译码以及有无交织等不同情况进行了仿真，并根据仿真结果分析了维特比译码器的性能。 分析结果表明，系统的误码率达到了设计要求，从而验证了译码器设计的可靠性，所设计基于FPGA的并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的场合。
上传时间： 2013-04-24
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H.264/AVC是由ITU和ISO两大组织联合组成的JVT共同制定的一项新的视频压缩技术标准，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264/AVC的应用亮点。在同样的视觉质量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4节约了50％的码率。但H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的增加，据估计其编码的计算复杂度大约为H.263的3倍，因此很难应用于实时视频处理领域。针对这一现状，业内做了大量的研究工作，力图降低其计算复杂度和提高运行效率。比如在运动估计方面，国内外在这方面的研究已经很成熟。而针对帧内/帧间预测编码的研究却较少。因此研究预测模式的快速算法具有理论意义和应用价值。 本文在详细研究H.264标准视频压缩编码特点基础上，分析了H.264帧内编码, 帧间编码及变换，量化技术的原理及特点，提出了一种基于局部边缘方向信息的快速帧内模式判决算法，通过结合SAD的模式选择方法来减少模式选择数目。它采用了Sobel梯度算子计算当前块的边缘信息，累加当前块中属于同一方向像素点的边缘矢量构造不同模式下的边缘方向直方图，以便确定最可能的预测模式。该算法有效降低了编码器的运算复杂度，在并未显著降低编码性能的情况下提升了编码器效率。仿真表明：Foreman 图像序列编码性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，这大大提高了视频传输的质量。 另外在帧间预测模式选择算法方面进行了改进研究：按顺序对不同类型进行判决，有选择地去比较可能模式，使得在有效减少需判决的模式数量的同时，结合小块模式搜索中途停止准则来确定最优模式。仿真表明：改进算法相对与原来算法能够节省很多的编码时间（平均下降了49.3％），但带来的图像质星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和码率较少的增加。 同时在整数DCT变换模块中，提出了一种快速蝶形算法，使得对4×4点数据做一次变换，只需通过8×8次加法和2×8次移位运算便可完成，与原来12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了运算复杂度。 最后介绍FPGA的特点及设计流程，并实现了H.264编解码器中变换编码及量化和熵解码模块的硬件。这种基于FPGA所实现的H.264编码视频处理模块设计具备了成本低，周期短，设计方法灵活等优点，具有广阔的市场应用前景。 仿真表明，通过使用本文提出的帧内/帧间速算法方法可使得H.264编码速度获得显著的提高，使H.264 Baseline编码器能在PC平台上实现实时编码。
上传时间： 2013-07-18
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低压电力线通信(PLC)具有网络分布广、无需重新布线和维护方便等优点。近年来，低压电力线通信被看成是解决信息高速公路“最后一英里”问题的一种方案，在国内外掀起了一个新的研究热潮。电力线信道中不仅存在多径干扰和子信道衰落，而且还存在开关噪声和窄带噪声，因此在电力线通信系统中，信道编码是不可或缺的重要组成部分。 本文着重研究了在FPGA上实现OFDM系统中的信道编解码方案。其中编码端由卷积码编码器和交织器组成，解码端由Viterbi译码器和解交织器组成，同时为了与PC机进行通信，还在FPGA上做了一个RS232串行接口模块，以上所有的模块均采用硬件描述语言VerilogHDL编写。另外，峰值平均功率比(PAR)较大是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须要考虑如何降低大峰值功率信号出现的概率。本文重点研究了三种降低PAR的方法：即信号预畸变技术、信号非畸变技术和编码技术。这三种方法各有优缺点，但是迄今为止还没有一种好方法能够彻底地解决OFDM系统中较高PAR的弊病。本论文内容安排如下：第一章介绍了课题的背景，可编程器件和OFDM技术的发展历程。第二章详细介绍了OFDM的原理以及实现OFDM所采用的一些技术细节。第三章详细介绍了本课题中信道编码的方案，包括信道编码的基本原理，组成结构以及方案中采用的卷积码和交织的原理及设计。第四章详细讨论了编码方案如何在FPGA上实现，包括可编程逻辑器件FPGA/CPLD的结构特点，开发流程，以及串口通信接口、编解码器的FPGA设计。第五章详细介绍了如何降低OFDM系统中的峰值平均功率比。最后，在第六章总结全文，并对课题中需要进一步完善的方面进行了探讨。
上传时间： 2013-04-24
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随着数字电视日益深入人心，高清概念越来越为人所熟知。带有高清视频功能的产品已经逐步走向人们的工作和生活，高清视频处理已经从理论研究走向系统实际应用。毫无疑问，无论是从观众的视觉还是从产业的角度来看，高清视频已经成为数字视频技术发展的必然趋势。本文研究了整个编解码系统中ARM控制模块的软件设计，最终完成以PC机为终端控制平台，经ARM控制模块将命令发送给核心编解码芯片MB86H51，使其完成相应的操作。、本文主要的工作有如下几个方面： 1、根据ARM各型号芯片的特点，结合本系统的实际需求，最终选定Atmel公司的AT91SAM9261作为ARM控制板的核心处理芯片，并深入了解该芯片的工作原理和内部结构。 2、根据本系统中所选用的DataFlash型号及外围电路连接情况等诸多因素，并结合Atmel公司所提供的AT91SAM9261一级BootLoader参考代码，编写调试符合本系统启动运行的一级BootLoader引导程序，也称为Bootstrap引导程序，最终成功实现引导U-Boot程序。 3、深入分析了U-Boot和Linux的体系结构和编译过程，结合AT91SAM9261芯片的特点和实际外围电路的连接情况，修改U-Boot和Linux中主要的编译参数，并进行重新编译，最终成功移植到系统板中。 4、在ITU-T提供的H.264标准的参考解码程序JM8.6的基础上，详细研究了H.264视频编码标准以及具体的解码器结构和解码流程，并结合DirectX技术，开发了一款基于PC机的H.264解码播放器，用于验证存储在PC机上的H.264压缩码流的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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随着人们对于数字视频和数字图像的需求越来越大，数字电视广播和手机电视迅速发展起来，但是人们对于数字图像质量的要求也越来越高。对于观众来讲，画面的质量几乎是最为重要的，然而由于信道传输特性不理想和加性噪声的影响，不可避免地会产生误码，导致图像质量的下降，甚至无法正常收看。因此，为了保障图像质量就需要采用纠错编码(又称信道编码)的方式来实现通信。在数字视频广播系统(DVB)中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输都采用了信道编码。 本文首先深入研究DVB标准中的信道编码部分的关键技术；然后依照DVB-T标准技术要求，设计并硬件实现了数字视频传输的信道编解码系统。在该系统中，编解码器与信源端的接口利用了MPEG-2的视频传输接口同步并行接口(SPI)，这种接口的应用让系统具有很强的通用性；与信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的数据通信设备可以直接与数字通信设备连接，这使得应用时对于信道的选择具有较大的灵活性。 在深入理解RS编解码算法，卷积交织/解交织原理，卷积编码/VITERBI译码算法原理的基础上，本文给出了解码部分的设计方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件实现。在RS解码过程中引入了流水线机制，从而很大程度上提高了解码效率。解交织器部分采用了RAM分区循环法，利用对RAM读写地址的控制实现解卷积交织，这种方法控制电路简单，实现速度比较快，代价小。VITERBI译码器采用截尾译码，在几乎不影响译码准确度的基础上大大提高了解码效率。
上传时间： 2013-07-16
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近年来,随着微电子技术的高速发展,数字图像压缩编码技术的逐渐成熟,实时图象处理在多媒体、HDTV、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,图像压缩/解压的IC芯片也已成为多媒体技术的核心,实现这些算法芯片的研究成为信息产业的新热点.该文基于FPGA设计了JPEG图像压缩编解码芯片,通过改进算法优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性.在JPEG编码器设计中,改进了JEONG的DCT变换算法,采用流水线优化算法解决时间并行性问题,提高了DCT/IDCT模块的运算速度;设计了基于查找表结构的定点乘法器,便于在设计中共享乘法单元,以适应流水线设计的要求;依据Huffman编码表的规律性,采用并行查找表结构,用较少的存储单元完成Huffman编解码的运算,同时也提高了编解码速度.在JPEG解码器设计中,根据Huffman码字本身的特点和JPEG标准,设计了一种Huffman码字分组结构,基于该结构提出分组Huffman查找表及地址编码的设计方法,进而完成了新的快速Huffman解码算法及其模块设计.整个设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平台上进行了逻辑综合及功能和时序仿真.综合和仿真结果表明,基于FPGA的JPEG图像编解码芯片消耗很少的FPGA硬件资源,达到了较高的工作频率,在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态,可满足实时JPEG图像编解码的要求.在逻辑设计的基础上,该设计可以进一步作硬件仿真和实验,将源代码烧录进FPGA芯片,作为独立器件或有自主知识产权的JPEG IP模块,应用于可视电话、手机和会议电视等低成本JPEG编解码系统的实现.
上传时间： 2013-05-31
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本文研制的数据采集器，用于采集导弹过载模拟试车台的各种参数,来评价导弹在飞行过程中的性能，由于试车台是高速旋转体，其工作环境恶劣，受电磁干扰大，而且设备要求高，如果遇到设备故障或设备事故，其损失相当巨大，保证设备的安全性和可靠性较为困难。 本文在分析数字通信技术的基础上，选用了基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)采用脉冲编码调制(PCM)通信实现多路数据采集器的设计，其优点是FPGA技术在数据采集器中可以进行模块化设计，增加了系统的抗干扰性、灵活性和适应性，并且可以将整个PCM通信系统设计成可编程序系统，用户只要稍加变更程序，则系统的被测路数、帧结构、码速率、标度等均可改变以适应任何场合。并且采用合理的纠错和加密编码能够实现数据在传输工程中的完整性和安全性。 通过对PCM通信的特点研究，研制了一套集采集与传输的系统。文章给出了各个模块的具体建模与设计，系统采用的是FPGA技术来实现数据采集和信号处理，采用VHDL实现了数字复接器和分接器、编解码器、调制与解调模块的建模与设计。采用基于NiosII实现串口通讯，构建了实时性和准确性通信网络，实现了数据的采集。 测试数据和数据采集的实验结果证明，采用FPGA技术实现PCM信号的编码、传输、解码，能够有较强的抗干扰性、抗噪声性能好、差错可控、易加密、易与现代技术结合，并且误码率较低，要远远优于传统的方法。
上传时间： 2013-04-24
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数字语音通信是当前信息产业中发展最快、普及面最广的业务。语音信号压缩编码是数字语音信号处理的一个方面，它和通信领域联系最为密切。在现有的语音编码中，美国联邦标准混合激励线性预测（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的码率下取得了较好的语音质量，具有广阔的应用前景。 FPGA作为一种快速、高效的硬件平台在数字信号处理和通信领域具有着独特的优势。现代大容量、高速度的FPGA一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试及硬件升级。 本论文阐述了一种基于FPGA的混合激励线性预测声码器的研究与设计。首先介绍了语音编码研究的发展状况以及低速率语音编码研究的意义，接着在对MELP算法进行深入分析的基础上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及实现过程，最后本文把重点放在MELP声码器的编解码器设计上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分别设计了其中的滤波器、分帧加窗处理、线性预测分析等关键模块。 在Simulink环境下运用SignalCompiler对编解码系统进行功能仿真，为了便于仿真，系统中没有设计的模块在Simulink中用数学模型代替，仿真结果表明，合成语音信号与原始信号很好的拟合，系统编解码后语音质量基本良好。
上传时间： 2013-06-02
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研制发射微小卫星，是我国利用空间技术服务经济建设、造福人类的重要途径。现代微小卫星在短短20年里能取得长足的发展，主要取决于微小卫星自身的一系列特点：重量轻，体积小，成本低，性能高，安全可靠，发射方便、快捷灵活等。在卫星通信系统中，由于传输信道的多径和各种噪声的影响，信号在接收端会引起差错，通过信道编码环节，可对这些不可避免的差错进行检测和纠正。 在微小卫星通信链路中，信道编码器的任务是差错控制。本文采用符合空间数据系统咨询委员会CCSDS标准的链接码进行信道编码，即内码为（2，1，6）的卷积码，外码为（255，223）的RS码，中间进行交织操作。其中，里德-索罗蒙码(简称RS码)是一种重要的非二进制BCH码，是分组码中纠错能力最强的纠错码，一次可以纠正多个突发错误，广泛地用于空间通信中。 本文针对南京航空航天大学自行研制的微小卫星通信分系统的技术要求，在用SystemView和C语言仿真的基础上，用硬件描述语言Verilog设计了RS（255，223）编码器和译码器，使用Modelsim软件进行了功能仿真，并通过Xilinx公司的软件ISE对设计进行综合、布局布线，最后生成可下载的比特流文件下载到Xilinx公司的型号为XC3S2000的FPGA芯片中，完成了电路的设计并实现了编码译码的功能，表明本文设计的信道编解码器的正确性和实用性，满足了微小卫星通信分系统的技术要求。
上传时间： 2013-08-01
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