本文研究的视频处理系统是上海市科委技术攻关基金项目“计算机视觉及其芯片化实现”的一部分，主要完成计算机视觉系统的一些基本工作，即视频图像的采集、预处理和显示等。 视频图像采集和预处理系统以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA为核心控制器件，结合视频模数转换芯片和VGA显示器，完成视频图像的实时采集、预处理和显示。采集和显示部分作为同外界交流信息的渠道，是构成计算机视觉系统必不可少的一部分；图像预处理则是计算机视觉系统进行高层处理的基础，优秀的预处理算法能有效改善图像质量，提高系统分析判断的准确性。 本文在介绍基于FPGA的视频采集、预处理系统整体架构的基础上，围绕以下四个方面展开了工作： 1.研究并给出了两种基于FPGA的设计方案用于实现YCrCb色度空间到RGB色度空间的转换； 2.针对采集的视频图像，根据VGA显示的要求，给出了一种实现图像去隔行的方案； 3.分析了一系列图像滤波的预处理算法，如均值滤波、中值滤波和自适应滤波等，在比较和总结各算法特点的基础上，提出了一种新的适用于处理混合噪声的滤波算法：混合自适应滤波法； 4.根据算法特点设计了多种采用FPGA实现的图像滤波算法，并对硬件算法进行RTL级的功能仿真和验证，还给出了各种滤波算法的实验结果，在此基础上对各种算法的效果进行直观的比较。 文中，预处理算法的实现充分利用了FPGA的片内资源，体现了FPGA在图像处理方面的特点及优势。同时，视频采集和显示的控制模块也由同一FPGA芯片实现，从而简化了系统整体结构。视频采集和预处理系统在FPGA上的成功实现为“计算机视觉及其芯片化实现”奠定了必要的基础、提供了一定理论依据。
上传时间： 2013-04-24
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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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随着电子技术的快速发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得利用计算机实现人类的视觉功能成为目前计算机领域中最热门的课题之一。基于视频的目标检测与跟踪技术是计算机视觉领域中最主要的研究方向之一，它是智能监控、人机交互、移动机器人视觉导航、工业机器人手眼系统等应用的基础和关键技术。在科学研究和工程应用上都有十分诱人的前景。 论文提出了以FPGA为核心的思想，设计出一套应用于背景静止视频序列的动态目标检测与跟踪系统。通过位置固定的摄像头监控某一区域，分析摄像头采集到的动态视频序列，计算出目标的运动参数。与传统的基于PC机的视频动态目标跟踪系统相比，适应了目标跟踪系统对图像处理速度的实时性与数据带宽越来越高的要求，同时成本较低、设计更灵活，而且硬件重构性好、处理速度快、系统易于升级。 论文的主要工作包括：构建目运动标跟踪系统软件平台和硬件平台。应用MATLAB对目标检测算法进行仿真分析比较。采用Synplifty Pro、ModelSim和TimingDesigner等各种EDA软件工具对系统中各个层次的模块进行时序设计、代码编写、仿真验证等。最后使用QuartusⅡ将整个系统工程文件综合、布局布线。在察看时序报告无误后，将系统配置文件下载至FPGA开发板中。 实现结果表明：所设计的系统能很好地工作在FPGA中，实现了设计要求，为视觉智能监控打下基础。
上传时间： 2013-08-05
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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
上传用户：xaijhqx
随着数字电视全国范围丌播时间表的临近，数字电视技术得到很大发展，数字电视信号在信源基带数据和信道传输等方面已经进一步标准化，数字电视传播途径也越来越广，在卫星、地面及有线电视网中传输数字电视信号得到迅速发展。借着2008年奥运的东风，数字电视领域的应用研究方兴未艾。 本课题目的是完成有线数字电视广播系统的重要设备--调制器的设计和实现，核心器件选用FPGA芯片。系统硬件实现以国家标准GY/T 170-2001(有线数字电视广播信道编码与调制规范)为主要依据，以Xilinx公司的Virtex系列(Virtex 4，Virtex 5)芯片及相关开发板(ML402、ML506)为平台，主要任务是基于相关标准对其实用技术进行研究和开发。完成了信道编码和调制的模块划分、Verilog HLD程序的编写(或IP核的调用)和仿真以及在板调试和联调等工作，设计目的是在提高整个系统集成度的前提下实现多频点调制。 本文在研究现有数字电视网络技术和相关产品的基础上，以国标GY/T170-2001为主要依据并参阅了其他的相关标准，提出了多频点QAM调制器的实现方案。整个工作包括：模块划分，完成了基带物理接口(输入)、包头反转与随机化、RS编码、卷积交织、码流变换、差分编码、星座映射、基带成型(包括Nyquist滤波器、半带滤波器、CIC滤波器的设计或模块调用)、高端DAC的配置(输出)等模块的Verilog HLD程序的编写(或者IP核调用)和仿真等工作；成功进行了开发板板级调试，调试的过程中充分利用Xilinx公司的开发板和调试软件ChipScope，成功设计了验证方案并进行了模块验证；最后进行了各模块联调工作，设计了系统验证方案并成功完成对整个系统的验证工作。 经测试表明，该系统主要性能达到国家相关标准GY/T 198-2003(有线数字电视广播QAM调制器技术要求和测量方法)规定的技术指标，可以进入样机试生产环节。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：jiangfire
本文对比、研究了目前几种比较常见的交通信息获取方法,分析了它们各自的优缺点,最终选择采用视频检测的方法实现交通信息采集。论文分析了当今市场上图像采集的现状,比较了其核心芯片的优缺点,最终选用FPGA作为图像采集系统的核心器件。论文研究了通用的图像采集系统结构,提出了适合本课题实际的系统整体架构。图像采集系统硬件围绕FPGA辅以少量外围芯片实现,FPGA芯片内部根据功能要求运用现代化的电子设计思想设计了相应的逻辑功能模块。灯控系统基于单片机设计了系统的硬件电路和软件程序。完成了电路原理图和PCB图的设计,并对制作出的电路实物进行了全面的调试和验证。另外论文设计了适用于智能交通灯控系统的自定义通讯协议,此协议也为整个智能交通检测系统构建了通讯规范。 本文的创新点是：提出了一套基于FPGA的交通路口视频图像采集系统架构；设计了一套模块化的灯控系统,能够挂接于不同的上位机系统下,并兼容交直流电压；设计了一套智能化的灯控系统自定义通讯协议。 本课题社会实践性较强,实际应用价值较高,文中所提出的设计思路和所采用的控制措施以及自定义的通信协议满足系统的要求,对类似的系统具有一定的参考意义。
上传时间： 2013-06-05
上传用户：秦莞尔w
CCSDS组织(空间数据系统咨询委员会)于2005年公布了新的图像压缩标准，该标准算法采用基于小波变换的比特平面编码方法，支持无损有损压缩编码和精确码率控制并具有较好的抗误码能力和非常高的图像压缩性能，能满足实际应用中的多种需求。同时该算法具有较低的算法复杂度，易于低功耗硬件实现，并且对航天图像具有较高的适应性，因此，在航天应用方面具有广阔的前景。 本论文主要针对CCSDS图像压缩算法的FPGA硬件实现，在有限的硬件资源下，提出高速高效的CCSDS图像压缩编码器设计方案并在已有的FPGA硬件平台上加以实现。本文首先对CCSDS图像压缩算法的编码原理进行详细介绍；然后提出DWT、BPE和码流组织这三大模块的并行化硬件实现方案，并给出了进行批量仿真测试的仿真平台设计方案。最后在Xilinx VIRTEX-II FPGA平台上经过成功验证，测试结果表明系统各项技术指标可满足星载图像压缩的要求。
上传时间： 2013-06-13
上传用户：wanghui2438
在惯性导航系统中，捷联式惯性导航系统以其体积小、成本低和可靠性高等优点正逐步取代平台式惯性导航系统，成为惯性导航系统的发展趋势。 为了适应捷联惯性导航系统小型化、低成本和高性能的发展方向，本文设计了DSP与FPGA相结合的系统方案：系统采用MEMS器件和高性能A/D转换器构成惯性信号检测单元，FPGA进行I/O控制，DSP完成导航计算。方案综合考虑了系统成本、计算速度、精度、体积等各方面的因素，并通过GPS、磁航向计等信息融合进一步提高导航精度。 数据采集是捷联惯导系统设计的关键，本文数据采集由信号调理、A/D转换和。FPGA等几部分组成。其中，FPGA是整个数据采集部分的核心，其主要功能包括：实现了ADC控制逻辑和时序生成；配置了FIFO寄存器，缓冲了ADC与DSP之间的转换数据；扩展了UART串口，以实现系统的外部信息接口。在完成电路设计的基础上，对各功能模块进行了全面的半实物仿真，验证了系统方案及各主要功能模块的可行性。 论文简述了惯性导航系统的应用背景及发展状况，介绍了捷联惯导系统的基本原理，设计了基于DSP/FPGA的捷联惯导系统方案，实现了系统各部分硬件电路以及FPGA功能模块，并通过搭建硬件验证平台和利用第三方仿真软件，对传感器的性能以及FPGA各功能模块进行了较全面的验证和仿真。结果表明：基于DSP/FPGA的捷联惯导系统能够满足应用的要求，并在小型化、低成本和高性能等方面有一定的优势。
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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