人体血液成份的无创检测是生物医学领域尚未攻克的前沿课题之一，动态光谱法在理论上克服了其它检测方法难以逾越的障碍——个体差异和测量条件对检测结果的影响。实现动态光谱检测，其关键在于采集多波长的光电容积脉搏波信号，并对其进行处理。针对动态光谱检测中信号微弱、信噪比低、处理数据量大的特点，本文设计了基于FPGA和面阵CCD摄像头的动态光谱数据采集与预处理系统，提高检测精度，采集出满足动态光谱信号提取要求的光电脉搏波；并对动态光谱频域提取法的核心算法FFT的FPGA实现进行研究。 课题提出用高灵敏度的面阵CCD摄像头替代常规光栅光谱仪中的光电接收器，实现对多波长的光电容积脉搏波的检测。结合面阵CCD的二维图像特点，采用信号累加法去除噪声，提高信号的信噪比。 创新性的提出一种不同于以往的信号累加方法——将处于同一行的视频信号在采样过程中直接累加，然后再进行传输和存储。不同于帧累加和异行累加，这种同行累加方式不但大大的提高了信号的信噪比，同时减小了数据的传输速度和传输量，降低了对存储器容量的要求，改善了动态光谱信号检测系统的性能。 针对面阵CCD摄像头输出的复合视频信号的特点，设计视频信号解调电路，得到高速、高精度的数字视频信号和准确的视频同步信号，用于后续的视频信号采集与处理。 根据动态光谱信号检测和视频信号采集的要求，选择可编程逻辑器件FPGA作为硬件平台，设计并实现了基于FPGA和面阵CCD摄像头的光电脉搏波采集与预处理系统。该系统实现了视频信号的精确定位，通过光谱信号的高速同行累加，实现了光电脉搏波信号的高精度检测。系统采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器系统，通过对其应用程序的开发，可靠的实现了数据的采集、传输和存储，提高了系统的集成度，降低了开发成本。 为实现动态光谱信号的频域提取，研究了基于FPGA的FFT实现方案，对各关键模块进行设计，为动态光谱信号的进一步处理打下良好的基础。 最后，通过实验证明了系统数据采集的正确性和信号预处理的可行性，得到了符合动态光谱信号提取要求的脉搏波信号。
上传时间： 2013-04-24
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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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随着计算机运算速度的提高和计算机网络的发展，基于离散对数问题和大整数因子分解问题的数字签名算法越来越不能满足信息安全的需要。为了满足信息安全的要求，安全性依赖于椭圆曲线离散对数困难问题(ECDLP)的椭圆曲线密码体制是当前密码学界研究的热点之一。现有的求解ECDLP的算法都是全指数时间复杂度的算法。由于专用集成电路具有速度快、性能好、安全性高等优势，使得采用专用集成电路来实现椭圆曲线密码体制己成为主要趋势。因此，本课题着眼于应用，针对基于椭圆曲线数字签名算法的FPGA实现进行了较为深入的探讨与研究。 本课题从实际应用的需要出发，以初等数论、有限域理论、数字签名技术和椭圆曲线理论为依据，确定了如下基于椭圆曲线数字签名算法的硬件实现方案：首先，对实现基于椭圆曲线数字签名算法所需的算法和技术进行了剖析和系统设计。然后，按照层次化、模块化的设计思想，在Xinlinx公司的ISE 7．1工具中，采用硬件描述语言VHDL作为设计输入，对各运算器和控制模块进行电路设计；采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具对之进行功能仿真，以保证底层设计的正确性。最后，在确保每个模块的设计正确的前提下，完成电路的总体设计，再进行总体设计的仿真与测试。 本课题对Schnorr数字签名算法的改进，实现了比未改进前的Schnorr数字签名算法平均节省三分之一的运行时间。对基于椭圆曲线数字签名算法的设计也获得了良好的指标：产生签名只需要1ms多的时间，验证签名也需要不到3ms。本课题的研究对实现电子交易安全方面有重要的作用，尤其是在密钥分配、电子货币、电子证券、电子商务和电子政务等领域都有重要的应用价值，其成果具有广泛的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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随着语音技术应用的发展，语音信号数字处理的实时性要求越来越突出。这就要求在系统设计中，对系统的硬件环境要求更高。随着语音处理算法的日益复杂，用普通处理器对语音信号进行实时处理，已经不能满足需要。专用语音信号处理芯片能解决实时性的要求，同时对器件的资源要求也是最低的。 论文利用Altera公司的新一代可编程逻辑器件在数字信号处理领域的优势，对语音信号的常用参数—LPC(线性预测编码，Linear Predictive Coding)参数提取的FPGA(现场可编程门阵列，Field Programmable Gate Array)实现进行了深入研究。论文首先对语音的离散数学模型和短时平稳特性进行了分析，深入讨论了语音线性预测技术。第二，对解线性预测方程组的自相关法和协方差斜格法进行了比较，提出了一种基于协方差斜格法的LPC参数提取系统的总体设计方案。第三，对Altera公司的Cyclon系列可编程器件的内部结构进行了研究，分析了在QuartusⅡ开发平台上进行FPGA设计的流程。第四，对系统的各个功能模块进行了设计，所有算法通过Verilog硬件描述语言实现，并对其工作过程进行了详细的分析。最后，在Altera FPGA目标芯片EP1C6Q240C8上，对LPC参数提取系统进行了仿真验证。 系统具有灵活的输入输出接口，能方便地同其它语音处理模块相连，构成一个完整的语音处理专用芯片，可以应用于语音编解码、语音识别等系统。
上传时间： 2013-04-24
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采用现场可编程门阵列(FPGA)可以快速实现数字电路，但是用于生成FPGA编程的比特流文件的CAD工具在编制大规模电路时常常需要数小时的时间，以至于许多设计者甚至通过在给定FPGA上采用更多的资源，或者以牺牲电路速度为代价来提高编制速度。电路编制过程中大部分时间花费在布线阶段，因此有效的布线算法能极大地减少布线时间。 许多布线算法已经被开发并获得应用，其中布尔可满足性(SAT)布线算法及几何查找布线算法是当前最为流行的两种。然而它们各有缺点：基于SAT的布线算法在可扩展性上有很大缺陷；几何查找布线算法虽然具有广泛的拆线重布线能力，但当实际问题具有严格的布线约束条件时，它在布线方案的收敛方面存在很大困难。基于此，本文致力于探索一种能有效解决以上问题的新型算法，具体研究工作和结果可归纳如下。 1、在全面调查FPGA结构的最新研究动态的基础上，确定了一种FPGA布线结构模型，即一个基于SRAM的对称阵列(岛状)FPGA结构作为研究对象，该模型仅需3个适合的参数即能表示布线结构。为使所有布线算法可在相同平台上运行，选择了美国北卡罗来纳州微电子中心的20个大规模电路作为基准，并在布线前采用VPR399对每个电路都生成30个布局，从而使所有的布线算法都能够直接在这些预制电路上运行。 2、详细研究了四种几何查找布线算法，即一种基本迷宫布线算法Lee，一种基于协商的性能驱动的布线算法PathFinder，一种快速的时延驱动的布线算法VPR430和一种协商A
上传时间： 2013-05-18
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由于其很强的纠错性能和适合硬件实现的编译码算法，卷积编码和软判决维特比译码目前已经广泛应用于卫星通信系统。然而随着航天事业的发展，卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，信息量越来越大。如何在低信噪比的功率受限信道条件下提高传输速率成为目前亟待解决的问题。本论文结合在研项目，在编译码算法、编译码器的设计与实现、编译码器性能提高三个方面对卷积编码和维特比译码进行了深入研究，并进一步介绍了使用VHDL语言和原理图混合输入的方式，实现一种(7,3/4)增信删余方式的高速卷积编码器和维特比译码器的详细过程；然后将设计下载到XILINX的Virtex2 FPGA内部进行功能和时序确认，最终在整个数据传输系统中测试其性能。本文所实现的维特比译码器速率达160Mbps，远远高于目前国内此领域内的相关产品速率。 首先，论文具体介绍了卷积编码和维特比译码的算法，研究卷积码的各种参数(约束长度、生成多项式、码率以及增信删余等)对其译码性能的影响；针对项目需求，确定卷积编码器的约束长度、生成多项式格式、码率和相应的维特比译码器的回归长度。 其次，论文介绍了编解码器的软、硬件设计和调试一根据已知条件，使用VHDL语言和原理图混合输入的方式设计卷积编码和维特比译码的源代码和原理图，分别采用功能和电路级仿真，确定卷积编码和维特比译码分别需要占用的资源，考虑卷积编码器和维特比译码器的具体设计问题，包括编译码的基本结构，各个模块的功能及实现策略，编译码器的时序、逻辑综合等；根据软件仿真结果，分别确定卷积编码器和维特比译码器的接口、所需的FPGA器件选型和进行各自的印制板设计。利用卷积码本身的特点，结合FPGA内部结构，采用并行卷积编码和译码运算，设计出高速编译码器；对软、硬件分别进行验证和调试，并将验证后的软件下载到FPGA进行电路级调试。 最后，论文讨论了卷积编码和维特比译码的性能：利用已有的测试设备在整个数据传输系统中测试其性能(与没有采用纠错编码的数传系统进行比对)；在信道中加入高斯白噪声，模拟高斯信道，进行误码率和信噪比测试。
上传时间： 2013-04-24
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软件无线电(SDR，Software Defined Radio)由于具备传统无线电技术无可比拟的优越性，已成为业界公认的现代无线电通信技术的发展方向。理想的软件无线电系统强调体系结构的开放性和可编程性，减少灵活性著的硬件电路，把数字化处理(ADC和DAC)尽可能靠近天线，通过软件的更新改变硬件的配置、结构和功能。目前，直接对射频(RF)进行采样的技术尚未实现普及的产品化，而用数字变频器在中频进行数字化是普遍采用的方法，其主要思想是，数字混频器用离散化的单频本振信号与输入采样信号在乘法器中相乘，再经插值或抽取滤波，其结果是，输入信号频谱搬移到所需频带，数据速率也相应改变，以供后续模块做进一步处理。数字变频器在发射设备和接收设备中分别称为数字上变频器(DUC，Digital Upper Converter)和数字下变频器(DDC，Digital Down Converter)，它们是软件无线电通信设备的关键部什。大规模可编程逻辑器件的应用为现代通信系统的设计带来极大的灵活性。基于FPGA的数字变频器设计是深受广大设计人员欢迎的设计手段。本文的重点研究是数字下变频器(DDC)，然而将它与数字上变频器(DUC)完全割裂后进行研究显然是不妥的，因此，本文对数字上变频器也作适当介绍。 第一章简要阐述了软件无线电及数字下变频的基本概念，介绍了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介绍了数控振荡器(NCO)，介绍了两种实现方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的实现。对CORDIc算法作了重点介绍，给出了传统算法和改进算法，并对基于传统CORDIC算法的NCO的FPGA实现进行了EDA仿真。 第三章介绍了变速率采样技术，重点介绍了软件无线电中广泛采用的级联积分梳状滤波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)补偿法，对前者进行了基于Matlab的理论仿真和FPGA实现的EDA仿真，后者只进行了基于Matlab的理论仿真。 第四章介绍了分布式算法和软件无线电中广泛采用的半带(half-band，HB)滤波器，对基于分布式算法的半带滤波器的FPGA实现进行了EDA仿真，最后简要介绍了FIR的多相结构。 第五章对数字下变频器系统进行了噪声综合分析，给出了一个噪声模型。 第六章介绍了数字下变频器在短波电台中频数字化应用中的一个实例，给出了测试结果，重点介绍了下变频器的：FPGA实现，其对应的VHDL程序收录在本文最后的附录中，希望对从事该领域设计的技术人员具有一定参考价值。
上传时间： 2013-06-09
上传用户：szchen2006
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
上传用户：lguotao
随着信息量的急剧增长，信息安全日益受到人们重视。移动硬盘的出现使得数据的转移和携带更加方便，但也不可避免的带来了数据安全隐患。只要窃走了移动硬盘，任何想窃取硬盘信息的人便可以轻松得逞，即使设置了类似访问口令这样的逻辑密钥，要想破解也不是件难事。 一个完整的数据加解密系统应该具备安全可靠的密码认证机制和数据加解密算法。本文基于MEMS强链、USB控制器和FPGA设计了一种USB接口的高效数据加解密系统，采用物理认证并用硬件实现AES加密算法。普通IDE硬盘挂接该系统后成为安全性极高的加密USB移动硬盘，其平均数据吞吐率接近普通U盘，达到10MB/s。
上传时间： 2013-06-16
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视频图像处理的应用越来越广泛，各种处理算法也日趋成熟，相关的硬件技术不断地推陈出新。视频图像处理系统的硬件实现一般来说有三种方式：数字信号处理器(Digital Signal Processor)、专用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array)以及相关电路组成。最近几年，随着电子设计自动化(Electronic Design Automation)技术的迅速发展，使得基于FPGA的可编程片上系统(System On a Programmable Chip)逐渐成为嵌入式系统。应用的一种趋势。特别地，在视频图像处理系统设计中，数据量大，要求处理速度快，灵活性高，FPGA有其独特的优势。鉴于此，本文对基于FPGA和SOPC技术的视频图像处理系统进行了研究。 本文介绍了Xilinx公司FPGA的结构和功能特点，以及可编程片上系统的开发工具和片内系统设计流程。根据视频信号的相关知识，编写了视频图像处理IP核，构建了视频图像处理系统。整个系统以FPGA为核心器件，内嵌PowerPC405处理器模块，通过ⅡC总线完成视频解码芯片的初始化，总体上实现了对视频图像信号的采集、处理、存储和显示。 本文最后对系统进行了调试。经过实验验证，系统能正确和可靠地工作。整个系统的逻辑资源消耗占FPGA的百分之十几，剩余的资源可以做许多硬件算法或其它方面的应用。
上传时间： 2013-05-24
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