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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作为嵌入式系统核心的微处理器，是SOC不可或缺的“心脏”，微处理器的性能直接影响着整个SOC的性能。 与国际先进技术相比，我国在这一领域的研究和开发工作还相当落后，这直接影响到我国信息产业的发展。本着赶超国外先进技术，填补我国在该领域的空白以摆脱受制于国外的目的，我国很多科研单位和公司进行了自己的努力和尝试。经过几年的探索，已经有多种自主知识产权的处理器芯片完成了设计验证并逐渐进入市场化阶段。我国已结束无“芯”的历史，并向设计出更高性能处理器的目标迈进。 艾科创新微电子公司的VEGA处理器，是公司凭借自己的技术力量和科研水平设计出的一款64位高性能RSIC微处理器。该处理器基于MIPSISA构架，采用五级流水线的设计，并且使用了高性能处理器所广泛采用的虚拟内存管理技术。设计过程中采用自上而下的方法，根据其功能将其划分为取指、译码、算术逻辑运算、内存管理、流水线控制和cache控制等几个功能块，使得我们在设计中能够按照其功能和时序要求进行。 本文的首先介绍了MIPS微处理器的特点，通过对MIPS指令集和其五级流水线结构的介绍使得对VEGA的设计有了一个直观的认识。在此基础上提出了VEGA的结构划分以及主要模块的功能。作为采用虚拟内存管理技术的处理器，文章的主要部分介绍了VEGA的虚拟内存管理技术，将VEGA的内存管理单元(MMU)尤其是内部两个翻译后援缓冲(TLB)的设计作为重点给出了流水线处理器设计的方法。结束总体设计并完成仿真后，并不能代表设计的正确性，它还需要我们在实际的硬件平台上进行验证。作为论文的又一重点内容，介绍了我们在VEGA验证过程中使用到的FPGA的主要配置单元，FPGA的设计流程。VEGA的FPGA平台是一完整的计算机系统，我们利用在线调试软件XilinxChipscope对其进行了在线调试，修正其错误。 经过模块设计到最后的FPGA验证，VEGA完成了其逻辑设计，经过综合和布局布线等后端流程，VEGA采用0.18工艺流片后达到120MHz的工作频率，可在其平台上运行Windows-CE和Linux嵌入式操作系统，达到了预计的设计要求。
上传时间： 2013-07-07
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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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本论文讨论的是如何对符合DVB-T标准的数字图像无线监控系统中的MPEG2图像实现底层硬件的实时加/解密.数字图像无线监控系统是某公司研发的符合DVB-T标准的实时图像语音无线传输系统,通过对实时采集的图像等信息的发射与接收实现对远程现场的无线监控.为了保证图像数据在传输中的保密性,设计了基于FPGA的实时MPEG2图像加/解密系统.该系统由加/解密算法模块和密钥管理模块组成.加/解密算法模块完成发射机及接收机中的实时数据流的加/解密,该模块是基于FPGA的,采用美国国家标准DES(Dara Encryption Standard)算法,实现了对MPEG2 TS流的硬件加/解密.密钥管理模块完成加/解密模块的密钥产生、管理、控制、输入等功能.本论文首先介绍了密码学的基本知识及几种典型的加密体制和算法.接着介绍了DVB-T数字广播标准和数字图像无线监控系统的原理和系统结构.然后对图像加解密器的系统设计原理及实现做了详细介绍.在此基础上,介绍了FPGA中的加密算法的仿真及实现和密钥管理模块的实现.最后介绍了系统的硬件电路和整个系统的软硬件调试.本人的工作主要包括:1.查阅资料,了解密码学及DVB系统相关领域知识.2.根据项目要求设计基于FPGA的实时MPEG2图像加/解密系统方案.3.基于FPGA完成MPEG2图像的底层硬件加密及解密逻辑程序设计,并设计各个控制程序和驱动.4.设计系统原理图及电路板,完成系统的软硬件调试和与全系统的联调.
上传时间： 2013-06-30
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系统向高速率和大容量扩展的主要障碍，尤其是160Gb/s光传输系统中，由PMD引起的脉冲畸变现象更加严重。为了克服PMD带来的危害，国内外已经开始了对PMD补偿的研究。但是目前的补偿系统复杂、成本高且补偿效果不理想，因此采用前向纠错(FEC)和偏振扰偏器配合抑制PMD的方法，可以实现低成本的PMD补偿。 在实验中将扰偏器连入光时分复用系统，通过观察其工作前后的脉冲波形，发现扰偏器的应用改善了系统的性能。随着系统速率的提高，对扰偏器速率的要求也随之提高，目前市场上扰偏器的速率无法满足160Gb/s光传输系统要求。通过对偏振扰偏器原理的分析，决定采用高速控制电路驱动偏振控制器的方法来实现高速扰偏器的设计。扰偏器采用铌酸锂偏振控制器，其响应时间小于100ns，是目前偏振控制器能够达到的最高速率，但是将其用于160Gb/s高速光通信系统扰偏时，这个速率仍然偏低，因此，提出采用多段铌酸锂晶体并行扰偏的方法，弥补铌酸锂偏振控制器速率低的问题。通过对几种处理器的分析和比较，选择DSP+FPGA作为控制端，DSP芯片用于产生随机数据，FPGA芯片具有丰富的I/O引脚，工作频率高，可以实现大量数据的快速并行输出。这样的方案可以充分发挥DSP和FPGA各自的优势。另外对数模转换芯片也要求响应速度快，本论文以FPGA为核心，完成了FPGA与其它芯片的接口电路设计。在QuartusⅡ集成环境中进行FPGA的开发，使用VHDL语言和原理图输入法进行电路设计。 本文设计的偏振扰偏器在高速控制电路的驱动下，可以实现大量的数据处理，采用多段铌酸锂晶体并行工作的方法，可以提高偏振扰偏器的速率。利用本方案制作的扰偏器具有高扰偏速率，适合应用于160Gb/s光通信系统中进行PMD补偿。
上传时间： 2013-04-24
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本文对基于DSP和FPGA运动控制器的设计进行了研究。主要内容如下： （1）深入研究国内外运动控制技术的发展现状和前景。 （2）规划运动控制器的硬件和软件整体研发方案。 （3）对运动控制器的各个功能模块进行硬件设计。 （4）对运动控制算法和数字滤波算法进行设计，编写控制软件。 （5）对运动控制系统的性能进行分析和访真，调节控制器参数，使运动控制系统具有较好的静态特性和动态特性。 （6）构建实验系统，编写人机界面软件，验证运动控制器的性能。
上传时间： 2013-06-13
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加密算法一直在信息安全领域起着极其重要的作用,它直接影响着国家的安全和发展.随着计算机技术的飞速发展,原有的数据加密标准(DES)已不能满足人们的保密要求.在未来的20年内,高级数据加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.在不对原有应用系统作大的改动的情况下,3-DES算法有了很大的生存空间.该文介绍了DES和3-DES算法的概要,给出了一种电路实现模型,并基于XILINX公司的FPGA器件设计了IP核,介绍了I P核设计中主要模块的设计方法.最后对该IP核进行了分析,给出它的性能参数.该课题系统地论述了基3-DES算法的密码IP核设计全过程.文章首先阐述了该设计的课题背景,给出了使用VHDL方法设计密码电路的特点和研究思路和特点,然后对IP核的设计环境和密码算法进行了介绍.在此基础上,详细讨论了3-DES算法的密码芯片设计方法和各个电路模块实现的结构图,包括算法电路、译码电路、接口电路和控制模块电路等.通过对各个模块设计的介绍,阐明了使用VHDL语言设计专用集成电路的原理和特点.
上传时间： 2013-04-24
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自90年代以来，LED显示屏的设计制造和应用水平得到日益提高，LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。在此发展过程中，无论在器件的性能(超高亮度LED显示屏及蓝色发光二极管等)和系统组成(计算机化的全动态显示系统)等方面都取得了长足的进步。 LED显示屏相比与其它的平板显示器，有其独特的优越性，比如：可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高且成本低等特点，且随着全彩屏显示技术的日益完善，使得LED显示屏在许多场合得到广泛的应用。 本文详细介绍了利用DVI接口作为视频LED显示屏数据源，利用查表的方法实现伽玛矫正的实现方案和实现4096级灰度的LED视频显示屏控制系统的设计原理。通过对等长时间实现4096级灰度方案的分析，得到此方案在系统速度和显示屏的亮度上存在的局限，提出采用变长时间和消影时间相结合的方案实现4096级灰度的方案及实现，这是在提高硬件成本以获得成本，速度和亮度的折中。在此基础上，提出了用脉冲打散输出的方法改善LED显示屏显示效果，并探讨了低帧频无闪烁LED全彩屏的实现方法；对一些可以提高LED显示屏系统技术的新技术展开讨论，为今后的动态全彩色LED显示屏具体实现打下坚实的理论基础。
上传时间： 2013-04-24
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该文进行的设计作为数控系统大课题中的一个子课题,主要研究利用PCI总线来实现对外围IO的操作,硬件上包括设计一块PCI接口卡并测试通过,软件上实现了PCI接口卡在Linux下的驱动和用软PLC来实现对外围IO的操作.该文在比较几种微机总线的基础上,为了实现数控系统高速、高精度、低功耗的要求,采用PCI总线进行设计.随着可编程逻辑器件的发展,为在一片PLD芯片内实现复杂的逻辑控制提供了条件.该文在综合比较开发PCI卡的几种方法的基础上,选择了使用FPGA来实现PCI接口卡设计.用VHDL语言对FPGA编程,采用模块化的设计方法进行设计,用状态机来控制PCI逻辑的时序.设计首先在EDA软件上仿真通过后,制作成PCI板卡并在现场调试通过.为方便所设计的PCI卡在数控系统及其它系统中应用,该文设计了PCI卡在Linux下的设备驱动程序,主要包括设备的注册与注销、与Linux内核的接口、相关的入口函数、驱动程序的编码、编译、加载与卸载等,并编写了相应的测试代码,在Linux环境下调试通过.为了解决数控系统中PLC的应用问题,该文还设计了PCI卡在软PLC中的应用.采用的软PLC软件是Linux下的MatPLC软件.在详细讨论MatPLC工作原理的基础上,设计了一个输入模块、一个输出模块和一个MatPLC配置文件.输入模块通过驱动程序从PCI卡中读取数据,传送到MatPLC内核的全局变量中,输出模块从内核全局变量读取数据并进行逻辑运算,再输出到PCI卡.将他们编译通过,并进行测试,最终实现软PLC对外围IO端口的读写.该论文受到广东省科技攻关项目[2002A1040402]、广东省科技攻关项目[2003C101002]、广州市重大科技攻关计划[2002Z1-D0051]的资助.
上传时间： 2013-07-18
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