离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)在图像编解码方面应用十分广泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等国际标准所采用。由于其计算量较大，软件实现往往难以满足实时处理的要求，因而在很多实际应用中需要采用硬件设计的DCT/IDCT处理电路来满足我们对处理速度的要求。本文所研究的内容就是针对图像处理应用的8×8二维DCT/IDCT处理核的硬件实现。 本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理，详细说明了DCT变换实现图像压缩的过程，并与其它变换比较说明了用DCT变换实现图像压缩的优势。接着，分析研究了DCT的各种快速算法，总结了前人对DCT快速算法及其实现所做的研究。本文给出了两种性能、资源上有一定差异的二维DCT/IDCT的FPGA设计方案。两种方案均利用DCT的行列分离特性，采用流水线设计技术，将二维DCT/IDCT实现转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中，根据图像处理的特点对Loeffler算法的数据流进行了优化，通过合理安排时钟周期数和简化各周期内的操作，大大缩短了关键路径的执行时间，从而提高了流水线的执行速度。最后，对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和时序仿真。 结果表明，当使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件时，本文设计的方案一能够在116M时钟频率下正确完成8×8的二维DCT或IDCT的逻辑运算，消耗2827个逻辑单元；方案二能够在74M时钟频率下正常工作，消耗1629个逻辑单元。
上传时间： 2013-07-14
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当前，在系统级互连设计中高速串行I/O技术迅速取代传统的并行I/O技术正成为业界趋势。人们已经意识到串行I/O“潮流”是不可避免的，因为在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已经达到了物理极限，不能再提供可靠和经济的信号同步方法。基于串行I/O的设计带来许多传统并行方法所无法提供的优点，包括：更少的器件引脚、更低的电路板空间要求、减少印刷电路板（PCB）层数、PCB布局布线更容易、接头更小、EMI更少，而且抵抗噪声的能力也更好。高速串行I/O技术正被越来越广泛地应用于各种系统设计中，包括PC、消费电子、海量存储、服务器、通信网络、工业计算和控制、测试设备等。迄今业界已经发展出了多种串行系统接口标准，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太网、10G以太网XAUI、串行ATA等等。 Aurora协议是为私有上层协议或标准上层协议提供透明接口的串行互连协议，它允许任何数据分组通过Aurora协议封装并在芯片间、电路板间甚至机箱间传输。Aurora链路层协议在物理层采用千兆位串行技术，每物理通道的传输波特率可从622Mbps扩展到3.125Gbps。Aurora还可将1至16个物理通道绑定在一起形成一个虚拟链路。16个通道绑定而成的虚拟链路可提供50Gbps的传输波特率和最大40Gbps的全双工数据传输速率。Aurora可优化支持范围广泛的应用，如太位级路由器和交换机、远程接入交换机、HDTV广播系统、分布式服务器和存储子系统等需要极高数据传输速率的应用。 传统的标准背板如VME总线和CompactPCI总线都是采用并行总线方式。然而对带宽需求的不断增加使新兴的高速串行总线背板正在逐渐取代传统的并行总线背板。现在，高速串行背板速率普遍从622Mbps到3.125Gbps，甚至超过10Gbps。AdvancedTCA（先进电信计算架构）正是在这种背景下作为新一代的标准背板平台被提出并得到快速的发展。它由PCI工业计算机制造商协会（PICMG）开发，其主要目的是定义一种开放的通信和计算架构，使它们能被方便而迅速地集成，满足高性能系统业务的要求。ATCA作为标准串行总线结构，支持高速互联、不同背板拓扑、高信号密度、标准机械与电气特性、足够步线长度等特性，满足当前和未来高系统带宽的要求。 采用FPGA设计高速串行接口将为设计带来巨大的灵活性和可扩展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片内置了最多24个RocketIO收发器，提供从622Mbps到3.125Gbps的数据速率并支持所有新兴的高速串行I/O接口标准。结合其强大的逻辑处理能力、丰富的IP核心支持和内置PowerPC处理器，为企业从并行连接向串行连接的过渡提供了一个理想的连接平台。 本文论述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA设计传输速率为2.5Gbps的高速串行背板接口，该背板接口完全符合PICMG3.0规范。本文对串行高速通道技术的发展背景、现状及应用进行了简要的介绍和分析，详细分析了所涉及到的主要技术包括线路编解码、控制字符、逗点检测、扰码、时钟校正、通道绑定、预加重等。同时对AdvancedTCA规范以及Aurora链路层协议进行了分析， 并在此基础上给出了FPGA的设计方法。最后介绍了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT设计工具，可在标准ATCA机框内完成单通道速率为2.5Gbps的全网格互联。
上传时间： 2013-05-29
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本论文将在对MPEG-4解码中的几种关键技术的充分理解和算法分析的基础之上，结合FPGA的灵活性，采用VHDL语言对几种关键技术在应用层面上进行结构设计并仿真验证。 本文讨论了一种高吞吐量流水方式构建的MPEG-4可变长解码器的设计。在这种解码器中，我们采用了基于PLA的并行 解码算法，这种算法能够实现每个时钟解码一个码字。同时，为了提高解码的效率，降低操作的延迟，我们在设计中还引入了流水线操作方式、码表分割等技术，这些技术有利于并行操作的实现。 本论文的设计充分利用IDCT算法对称性，用高度的并行结构来加速处理，采用一维IDCT单元复用的方式来实现二维IDCT运算，并提出一种基于加法操作的结构来取代乘法操作，实现了一种高效二维逆DCT变换处理器。
上传时间： 2013-06-02
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数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-06-18
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信息化社会的到来以及IP技术的兴起，正深刻的改变着电信网络的面貌以及未来技术发展的走向。无线通信技术的发展为实现数字化社区提供了有力的保证。而视频通信则成为多媒体业务的核心。如何在环境恶劣的无线环境中，实时传输高质量的视频面临着巨大的挑战，因此这也成为人们的研究热点。 对于无线移动信道来说，网络的可用带宽是有限的。由于多径、衰落、时延扩展、噪声影响和信道干扰等原因，无线移动通信不仅具有带宽波动的特点，而且信道误码率高，经常会出现连续的、突发性的传输错误。无线信道可用带宽与传输速率的时变特性，使得传输的可靠性大为降低。 视频播放具有严格的实时性要求，这就要求网络为视频的传输提供足够的带宽.有保障的延时和误码率。为了获得可接受的重建视频质量，视频传输至少需要28Kbps左右的带宽。而且视频传输对时延非常敏感。然而无线移动网络却无法提供可靠的服务质量。 基于无线视频通信面临的挑战，本文在对新一代视频编码国际标准H.264/AVC研究的基础上，主要在提高其编码效率和H.264的无线传输抗误码性能，以及如何在嵌入式环境下实现H.264解码器进行了研究。 结合低码率和帧内刷新，提出一种针对感兴趣区的可变帧内刷新方法。实验表明该方法可以使用较少的码率对感兴趣区域进行更好的错误控制，以提高区域图像质量，同时能根据感兴趣区及信道的状况自动调整宏块刷新数量，充分利用有限的码率。 为了有效的平衡编码效率和抗误码能力的之间的矛盾，笔者提出了一种自适应FMO(Flexible Macroblock Order)编码方法，可根据图像的复杂度自适应地选择编码所需的FMO模式。仿真结果表明这种FMO编码方式完全可行，且在运动复杂度频繁变化时效果更加明显，完全可应用在环境恶劣的无线信道中。 在对嵌入式PXA270硬件结构和X264研究的基础上，基本实现了基于H.264的嵌入式解码，在PXA270基础上进行环境的配置，定制WirtCE操作系统，并编译、产生开发所用的SDK和下载内核到目标机。利用开发工具EVC实现在PC机上的实时开发和在线仿真调试，最终实现了对无差错H.264码流实时解码。
上传时间： 2013-06-18
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遥感图像是深空探测和近地观测所得数据的重要载体，在军事和社会经济生活领域发挥着重要作用。由于遥感图像数据量巨大，它的存储和传输已成为遥感信息应用中的关键问题。图像压缩编码技术能降低图像冗余度，从而减小图像的存储容量和传输带宽，它的研究对于遥感图像应用具有重要的现实意义。CCSDS图像压缩算法是空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的图像数据压缩算法。该算法复杂度较低，并行性好，适合于硬件实现，能实现对空间数据的实时处理，从而广泛应用于深空探测和近地观测。对于直接关系到军事战略、经济建设等方面的遥感图像的传输，必须对它进行加密处理。AES加密算法是由美国国家标准和技术研究所(NIST)于2000年发布的数据加密标准，它不但能抵抗各种攻击，保证加密数据的安全性，而且易于软件和硬件实现。本论文对CCSDS图像压缩算法和AES加密算法进行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS图像压缩算法的原理和结构，用C语言实现了算法的编解码器，并与SPIHT算法和JPEG2000算法的性能进行了比较。 (2)研究了AES加密算法的原理和结构，用C语言实现了算法的加解密器。 (3)介绍了实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法的FPGA设计所选择的软件开发工具、开发语言和硬件开发平台。 (4)给出了CCSDS编码器的FPGA实现方法和实现性能。 (5)给出了AES加密器的FPGA实现方法和实现性能。 本文设计的CCSDS图像压缩和AES加密FPGA系统运用了流水线设计、高速内存设计、模块并行化设计和模块串行化设计等技术，在系统速度和资源面积上取得了较好的平衡，达到了预期的设计目的。
上传时间： 2013-07-15
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射频识别技术(RFID)是一种通过电磁耦合方式工作的无线识别系统，具有保密性强、无接触式信息传递等特点，目前广泛应用于物流、公共交通、门禁控制等与人们生活密切相关的方方面面。 本论文的目的是开发出一款读卡终端设备，支持IS014443标准中规定的TypeA、Type B两种类型的卡，具有高级扩展功能，也可以在硬件基础上进行增减，以适应不同场合的需要。 读卡器设计中采用嵌入式芯片为处理核心，读卡功能采用射频读卡芯片实现。读卡器终端具有网络接口、USB接口和触摸屏接口。软件上采用移植嵌入式系统并添加任务的模式实现读卡器的各功能。通过对软硬件的调试实现了RYID读卡器原理样机的硬件与软件平台构律。
上传时间： 2013-06-12
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数字电视技术和超大规模深亚微米的系统级芯片设计技术是当前信息产业中最受关注的两个方向。它们的交叉就是数字电视应用中的一系列系统级芯片和超深亚微米专用集成电路。其中信道处理系统及其相关芯片更是集中了数字信号处理前向纠错编解码等数字电视传输的核心技术，成为设计和开发整个数字电视系统的关键之一。数字高清晰度电视(Digital HDTV)做为第三代电视标准，已成为当今世界高技术竞争的焦点，本文正是从这个交叉点上出发对DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)标准中所涉及的信道编码和调制部分进行了研究，重点分析了信道内编码部分的硬件优化实现。本项目完成了DVB-H传输系统信道编码的FPGA硬件设计和实现，系统所有FPGA硬件电路设计采用了Veillog HDL语言编写。同时对清华大学数字电视地面传输标准DMB-T(Terrestrial Digital Multimedia/TV Broadcasting)中的关键技术做了研究，与DVB标准中的相关技术做了对比。 本文首先对DVB．H以及COFDM的相关理论进行介绍和研究。然后针对DVB-H信道编码调制器中的部分核心算法的FPGA设计和实现进行了详细的研究工作，包括外编码、内编码(卷积删余)、内交织(包括比特交织和符号交织)、星座映射、帧形成、OFDM调制的部分设计等。相应地对DVB-H信道解码解调器中的部分算法的FPGA设计的研究工作做了描述，包括符号解交织和比特解交织。同时对清华大学数字电视地面传输标准DMB-T外接收机中频域和时域解交织模块的FPGA设计实现做了描述。 笔者在项目中完成的主要工作有： (1)与项目组成员合作制定系统框架，划分模块。 (2)对所负责的模块，包括外编码、内编码(卷积删余)、内交织(包括比特交织和符号交织)、星座映射、帧形成、OFDM调制的算法进行研究并加以优化，建立软件仿真模型，进行FPGA设计，仿真和实现。
上传时间： 2013-06-10
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该论文的工作主要分为两部分,第一部分是介绍与数字高清晰度电视(HDTV)码流发生器配套的信源解码板的设计与实现.信源解码板是整个码流发生器的重要组成部分,该论文在介绍相关标准MPEG-2和AC-3以及整个码流发生器功能的基础上提出了用ST公司的芯片组实现HDTV信源解码板的设计方案.论文详细分析了各个功能模块的具体设计方法以及实现时应注意的问题.目前该课题已经成功结题,各项技术指标完全符合合作单位的要求.该论文的第二部分主要是进行基于FPGA的显示器测试信号发生器的研究与开发.在对测试信号发生器所需产生的13种测试图案和所要适应的18种显示格式的介绍之后,该论文提出了以FLEX10K50为核心控制芯片的显示器测试信号发生器的设计方案.该论文详细讨论了FPGA设计中各个功能模块的划分和设计实现方法,并介绍了对FLEX10K50进行配置的方法.
上传时间： 2013-04-24
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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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