心血管疾病是当今危害人类健康的主要疾病之一，心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图准确的自动分析与诊断对于心血管疾病的诊断起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的研究课题。QRS复合波的检测是心电自动分析的关键环节，检出的位置精度关系到后续处理和分析的正确性和准确性。 本文在总结前人工作的基础上，对基于小波变换的QRS复合波检测算法做了深入研究;并针对小波变换算法与心电检测算法的结构提出了一种硬件实现方法。本文的主要内容包括基于小波变换的心电信号检测算法设计和该算法在FPGA系统上的实现两个部分。 对国内外近年内发展起来的各种心电检测方法进行了总结，并综合考虑检出率和硬件实现的实时性等问题，采用小波变换方法对QRS复合波进行检测。根据QRs复合波经小波变换后，心电特征波在某些尺度上对应有相对明显的模极值对，通过在对应尺度上判断模极值对，进而检测出对应的特征波。 设计了基于小波变换的心电信号检测算法的FPGA实现系统。系统主要包含三个模块：心电信号预处理模块、小波分解模块和检测模块。心电信号预处理模块对输入的心电信号进行滤波预处理，以消除工频干扰和基线漂移。小波分解模块采用流水线设计，即把各层小波分解分成各个模块独立实现，以提高运算效率。检测模块的功能是利用小波分解模块的输出结果在各尺度上寻找模极值对，并根据检测策略检测QRS复合波。 本文采用Veillog语言对设计进行了仿真验证，并通过MIT-BIH心律失常标准数据库对本文的设计实现进行性能评估，获得了较好的检出率。同时，综合结果也表明系统时钟能够工作在较高的频率，足以满足高速实时对心电信号的处理与检测。
上传时间： 2013-04-24
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扩展频谱通信技术,它的突出优点是保密性好,抗干扰性强.随着通信系统与现代计算机软、硬件技术与微电子技术发展,越来越多的通信系统构建于这种技术之上.在实际扩频通信系统工程中,用得比较普遍的是直扩方式和跳频方式,它们的不同在于直扩是采取隐藏的方式对抗干扰,而跳频采取躲避的方式. 西方国家早在20世纪50年代就开始对跳频通信进行研究,在上个世纪末的几次局部战争中,跳频电台得到了普遍的应用.跳频通信的发展促进了其对抗技术的发展,目前,世界主要几个军事先进的国家,已经研究出高性能的跳频通信对抗设备,国内这方面的发展相对国外差距比较大. 未来战争是科学技术的斗争,研究跳频通信对抗势在必行.基于这种目的,本文研究和设计了跳频检测的FPGA实现,利用基于时频分析的处理方法,完成了跳频信号检测的FPGA实现,通过测试,表明系统达到了设计要求,可以满足实际的需要.主要内容包括: 1.概述了跳频检测接收研究的发展动态,阐述了扩展频谱通信及短时傅立叶变换的原理. 2.分析了基于快速傅立叶变换(FFT)处理跳频信号,检测跳频的可行性,利用FFT检测频谱的原理,合理使用频谱采样策略,做到了增加频谱利用率,提高了检测概率和分析信噪比；利用抽取内插技术完成数据速率的转换,使其满足后续信号的处理要求；利用同相和正交的DDC实现结构,完成对跳频信号的解跳. 3.设计完成了跳频信号检测与接收系统的FPGA实现,其主要包括:数据速率变换的实现,FIR低通滤波器的实现,快速傅立叶变换(FFT)的实现,下变频的实现等.在滤波器的实现中,提出了两种设计方法:基于常系数乘法器和分布式算法滤波器,分析了上述两种方法的优缺点,选择用分布式算法实现设计中的低通滤波器；在快速傅立叶变换实现中,分析了基2和基4的算法结构,并分别实现了基2和基4的算法,满足了不同场合对处理器的要求.在下变频的设计中,使用滤波器的多相结构完成抽取的实现,并使用低通滤波器使信号带宽满足指标的要求.此外,设计中还包括双端口RAM的实现,比较模块的实现、数据缓存模块和串并转换模块的实现. 4.介绍了实现系统的硬件平台.
上传时间： 2013-04-24
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JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
上传时间： 2013-04-24
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基于FPGA的静止图像压缩系统的研究-JPEG编码器的设计电力电子与电力传动数字图像在人们生活中的应用越来越广泛，由于原始图像数据量比较大，因此数字图像压缩技术逐渐成为图像应用的一个核心环节。在数字图像压缩领域，国际标准化组织于1992年推出的JPEG标准应用最为广泛。 本文基于FPGA设计了JPEG图像压缩系统，通过改进算法，优化结构，在合理的利用硬件资源的条件下，有效的挖掘出算法内部的并行性。改进了DCT变换算法，设计了并行查找表结构的乘法器，采用了流水线优化算法来解决时间并行性问题，提高了DCT模块的运算速度。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了Huffman编码运算，同时提高了编码速度。整个设计通过EDA软件进行了逻辑综合及功能与时序仿真。综合和仿真结果表明，本文提出的算法在速度和资源利用方面均达到了较好的状态，可满足实时JPEG图像压缩的要求。 设计了一个硬件开发平台，对JPEG图像压缩系统进行了验证。硬件平台上使用ADV7181B来实现AD转换；使用TI公司TMS320C6416型DSP芯片实现了系统配置以及通过PCI接口与上位机PC的实现数据交换；使用Microsoft VC++6．0开发平台开发了系统控制软件平台，实现对整个压缩系统的控制。
上传时间： 2013-05-24
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本文对基于FPGA的远程视频传输系统进行了研究。主要内容如下： (1)在系统发送端将数据采集等逻辑控制和图像压缩集成在一片FPGA上，此方案减小了系统体积，提高了系统的集成度。 (2)系统图像压缩部分基于FPGA的二维小波变换的设计与实现，选用5/3整数提升小波，提升过程采用折叠结构可以节省系统的资源。采用FPGA实现小波变换与使用DSP处理器的“DSP+ASIC”方案相比，具有速度快，数据宽度可任意设置的特点，并且VHDL语言具有可移植性的特点，具有更强的通用性。 (3)数据采集时采用乒乓操作存储轮流向两片外部存储器存、取采集的图像数据，能够保证图像整帧采集和稳定连续的数据压缩和数据传输，节约缓存空间，提高了速度，优于单存储器的方法。
上传时间： 2013-06-01
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激光光谱探测是激光侦查、激光告警、污染物检测等领域中采用的重要技术。通过对来袭激光的光谱特征进行识别，可以为光电对抗提供依据。本文在分析和研究现有激光光谱探测技术的基础上，提出了通过非扫描M-Z干涉法来获取激光信号的相干图，并对该图进行快速傅立叶变换，从而实时获得激光光谱的技术。 在研究中，由M-Z干涉具形成的激光干涉条纹经CCD相机转换后以时间序列依次输出电信号，该时间序列的快速傅立叶变换用FPGA实现。论文依据告警系统响应时间和信噪比的要求，确定了探测器阵列的结构类型和有关参数；设计了CCD相机和FPGA的接口电路；编写了数据传输和存储模块。 在快速傅立叶变换的实现上，首先确定了采用基2按时间抽取的方法作为实现算法；应用型号为XC3S400的FPGA芯片，依靠ISE8.1软件开发平台，用硬件语言编写了精度为10位，序列长度为512点的快速傅里叶变换程序，并将所有程序成功下载到FPGA的配置芯片中。 此外，论文还设计了显示、电压转换、FPGA配置电路。最后，对设计的快速傅里叶变换模块进行了测试，将FPGA运算结果与理论计算结果进行了比较，结果表明FPGA计算结果达到应有的精度，运行速度可以满足激光光谱的实时探测要求。
上传时间： 2013-08-04
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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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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自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的物理学中的逆问题，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年当时就得到了世界著名的《NATURE》杂志的高度评价。 华侨大学苏武浔教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形(包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等)的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 本文主要完成了两个方面的工作,Chen-Mobius多路通信系统的FPGA硬件设计实现和基于Chen-Mobius变换的语音加密双工通信系统的实现。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder软件对Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler将Chen-Mobius多路通信系统的主体模块(函数及积分器的产生等)转化成HDL硬件语言，后在QuartusⅡ软件平台上，结合利用VHDL编程的硬件程序模块(分频、延时、控制模块等)构架完整的Chen-Mobius通信系统，并对此系统设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，实现硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius多路通信系统的FPGA硬件实现。 另外，利用Chen-Mobius单路通信系统的调制、解调系统分别对语音信号进行加密与解密，在两块DE2的FPGA开发板上成功实现了基于Chen-Mobius变换的语音加密双工通信。完成本设计意义重大，它为今后Chen-Mobius通信系统应用于通信领域的各个方面，迈开坚实的一步。
标签： ChenMobius FPGA 通信系统 硬件实现
上传时间： 2013-07-24
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随着多媒体技术的发展，数字图像处理已经成为众多应用系统的核心和基础。它的发展主要依赖于两个性质不同、自成体系但又紧密相关的研究领域：图像处理算法及其相应的电路实现。图像处理系统的硬件实现—般有三种方式：专用的图像处理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、数字信号处理器(Digital Signal Process)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)以及相关电路组成。它们可以实时高速完成各种图像处理算法。图像处理中，低层的图像预处理的数据量很大，要求处理速度快，但运算结果相对比较简单。相对于其他两种方式，基于FPGA的图像处理方式的系统更适合于图像的预处理。本文设计了—种基于FPGA的小波域图像去噪系统。首先，阐述了基于小波变换的图像去噪算法原理，重点讨论了小波邻域阈值(NeighShrink)去噪算法，并给出了该算法相应的Matlab 仿真；然后，为了改进邻域阈值去噪算法中对每个分解子带都采用相同邻域和阈值的缺点，本文提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)分类的邻域阈值去噪算法和以斯坦无偏估计 (SURE)为准则同时结合小波系数尺度间关系的邻域阈值去噪算法。经Matlab实验表明，相比于其他几种经典算法，本文提出的两种改进算法在滤除噪声的同时能更好地保护图像细节，并在较高噪声情况下能获得更高的峰值信噪比。在此基础上本文将提出的改进小波邻域阈值去噪算法进行了相应的简化，以满足低噪声处理要求且易于在FPGA上实现；最后，给出了基于 FPGA的小波邻域阈值去噪系统的总体结构和FPGA内部各功能模块的具体实现方案，包括二维离散小波变换模块、二维离散小波逆变换模块、SDRAM存储器控制模块、去噪计算模块和系统核心控制模块，并对各个系统模块和整体进行了仿真验证，结果表明本文设计的基于FPGA 的小波邻域阈值去噪系统能满足实际的图像处理要求，具有一定的理论和实际应用价值。关键词：图像处理系统，FPGA，图像去噪算法，小波变换
上传时间： 2013-05-16
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