数字信息时代带来了“信息大爆炸”，使数据量大增，而数字图像数据更是如此，如果不对图像数据进行有效的压缩，那么图像信息的存储与传输将无法进行。显然，寻求一种高效的图像压缩系统具有很大的现实意义。 本文基于大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)和高速数字信号处理器(DSP)协同作业，来完成实时图像处理的系统设计。出于对系统设计上的性能和功耗方面的考虑，系统中FPGA 选用的是ALTERA公司的Cyclone系列芯片EP1C12Q240C8，DSP选用的是TI公司的55x系列芯片TMS320VC5502。该系统集图像采集、压缩、显示和存储功能于一体，其中DSP为主处理器负责图像处理，FPGA为协处理器负责系统的所有数字逻辑控制。FPGA和DSP的工作之间形成流水，并且借助于一片双口RAM(CY7C025AV-15AI)完成两者的通讯。结合FPGA和DSP自身的特点，本文提出一种新颖的信息通信方式，借助于一片双口RAM，其内部按其存储空间等分两块，利用乒乓技术完成对高速实时的图像数据缓冲。 该系统从视频采集、传输、压缩到图像存储等整个过程的工作，分别由FPGA和DSP承担。充分考虑到它们自身的优缺点，在满足系统实时性要求的同时，结构灵活，便于以后的扩展与升级。结果表明，在TMS320VC5502实现了对采集图像的JPEG压缩，效果良好且满足了实时性的要求，因此系统的功能得到了总体上的验证。 关键词：图像处理；FPGA；DSP；JPEG
上传时间： 2013-06-11
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随着数码技术的不断发展，数字图像处理的应用领域不断扩大，其实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其非常适用于进行一些基于像素级的图像处理。 传统的图像显示系统必须连接到PC才能观察图像视频，存在着高速实时性、稳定性问题。本设计脱离高清晰工业相机必须与PC连接才可以观看到高清晰图像的束缚，实现系统的小型化。针对130万像素彩色1/2英寸镁光CMOS图像传感器，提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案，完成由黑白图像到高清彩色图像的转换，用SDRAM作缓存，输出标准VGA信号，可直接连接VGA显示器、投影仪等设备进行实时的视频图像观看，与模拟相机740X576分辨率(480线)图像相比，设计图像画质相当于1280X1024分辨率(750线)，最高帧率25fps，整个结构应用FPGA作为主控制器，用少量的缓存代替传统的大容量存储，加快了运算速率，减小了电路规模，满足图像实时处理的要求，使展现出来的视频图像得到质的飞跃。可以广泛应用于工业控制和远程监控等领域。 论文研究的重点是采用altera公司EP2C芯片前端驱动CMOS图像传感器，实时采集Bayer图像象素，分析研究CFA图像插值算法，实现了基于FPGA的实时线性插值算法，能够对输入是每像素8bit、分辨率为1280×1204的Bayer模式图像数据进行实时重构，输出彩色RGB图像。由端口FIFO作为数据缓冲，存储一帧图像到高速SDRAM，构建VGA显示控制器，实现对输入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率为640×480、帧频25HZ彩色图像进行实时显示。 整个模块结构包括电源模块单元等、CMOS成像单元、FPGA数据处理单元、SDRAM控制单元、VGA显示接口单元。 最后，对系统进行了调试。经实验验证，系统达到了实时性，能正确和可靠的工作。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理，占用系统资源很少，用较少的时间完成了图像数据的转换，提高了效率。
上传时间： 2013-06-08
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在几乎所有现代通讯和计算机网络领域中，安全问题都起着非常重要的作用。随着网络应用的迅速发展，对安全的要求也逐渐加强。目前影响最大的三类公钥密码是RSA公钥密码、EIGamal公钥密码和椭圆曲线公钥密码。但超椭圆曲线密码是比椭圆曲线密码更难攻破的密码体制，且可以在更小的基域上达到与椭圆曲线密码相同的安全程度。虽然超椭圆曲线密码体制在理论上已经基本成熟，但由于它的计算复杂性大，所以在具体实现上还需要进一步研究。实现超椭圆曲线密码系统，对于增强信息系统的安全性和研究更高强度的加密系统都有着重要的理论意义和较高的应用价值，相信超椭圆曲线密码系统将会有更好的应用前景。 对于密码系统，我们希望它占用的空间更少，实现的时间更短，安全性更高。论文研究超椭圆曲线密码中的加密算法，对主要算法进行实现比较并提出软硬协调思想实现超椭圆曲线密码系统就是为了达到这个目标。 论文先介绍了超椭圆曲线密码系统中有限域上的两个核心运算——有限域乘法运算和有限域求逆运算。对有限域乘法运算的全串行算法和串并混合算法在FPGA上用VHDL语言进行了实现，并对它们的结果进行对比，重点在于对并行度不同的串并混合算法进行实现比较，找到面积和速度的最佳结合点。通过对算法的实现和比较，发现理论上面积和速度协调性较好的8位串并混合算法在实际中协调性并不是很好，最终得出结论，在所做实验的四种情况中，面积和速度协调性较好的算法是4位串并混合算法。随后论文对有限域求逆运算的三种算法在FPGA上用VHDL语言进行实现比较，找到单独实现有限域求逆运算较好的算法(MIMA域求逆算法)和可以与域乘法运算相结合的算法(使用域乘法求逆的算法)，为软硬协调实现超椭圆曲线系统思想的提出打下基础。 论文然后提出了软硬协调的方法实现超椭圆曲线系统的思想，并对整个系统进行了软硬件部分的划分。通过分析，将标量乘算法，除子算法和多项式环算法划分到软件部分，并对其中的标量乘运算进行了详细的分析介绍，将有限域算法归于硬件部分并对其进行了简单描述。在最后对全文进行总结，提出进一步需要开展的工作。
上传时间： 2013-04-24
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普通GPS接收机在特殊环境下，如在高楼林立的城市中心，林木遮挡的森林公路，特别是在隧道和室内环境的情况下，由于卫星信号非常微弱，载噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很难有效捕获到卫星信号，导致无法正常定位。恶劣条件下的定位有广阔的发展和应用前景，特别是在交通事故、火灾和地震等极端环境下，快速准确定位当事者所处位置对于降低事态损失和营救受伤者是极为重要的。欧美和日本等发达国家也都制定了相应的提高恶劣条件下高灵敏度定位能力的发展政策。而高灵敏度GPS接收机定位的关键在于GPS微弱信号的处理。 本课题的主要研究内容是针对GPS微弱信号改进处理方法。针对传统GPS接收机信号捕获中的串行搜索方法提出了基于批处理的微弱信号捕获方法,来提高低信噪比情况下微弱信号的捕获能力，实现快速高灵敏度的准确捕获；针对捕获微弱信号处理大量数据导致的运算量激增，运用双块零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)处理方法减少运算量同时缩短捕获时间。针对传统GPS接收机延迟锁相环跟踪算法提出了基于卡尔曼滤波的新型捕获算法，减小延迟锁相环失锁造成的信号跟踪丢失概率，来提高恶劣环境下低信噪比信号的跟踪能力，实现微弱信号的连续可靠跟踪。通过提高GPS微弱信号的捕获与跟踪能力，进而使GPS接收机在恶劣环境下卫星信号微弱时能够实现较好的定位与导航。 通过拟合GPS接收机实际接收到的原始数据，构造出不同载噪比的数字信号，分别对提出的针对微弱信号的捕获与跟踪算法进行仿真比较验证，结果表明，对接收机后端信号处理部分作出的算法改进使得GPS接收机可以更好的处理微弱信号，并且具有较高的灵敏度和精度。文章同时针对提出的数据处理特征使用FPGA技术对算法主要的数据处理部分进行了初步的构架实现并进行了板级验证，结果表明，利用FPGA技术可以较好的实现算法的数据处理功能。文章最后给出了结论，通过提出的基于批处理和基于DBZP方法的捕获算法以及基于卡尔曼滤波的信号跟踪算法，可以有效地解决微弱GPS信号处理的难题，进而实现微弱信号环境下的定位与导航。
上传时间： 2013-05-31
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作为先进制造业的核心技术之一，焊接控制技术的飞速发展，对我国焊接机运动控制系统的自动化和智能化水平提出了更高的要求。本课题研究的特种焊接机运动控制系统是多任务并发的实时系统，作为实时系统研究关键问题之一的实时调度问题一直都是实时控制系统中的研究热点，因此对特种焊接机运动控制系统实时调度问题的研究对于保证焊接机的强实时性、高可靠性和高稳定性具有重要的现实意义。 针对特种焊接机实时多任务并行协调控制的特点，首先总结和分析了前人在焊接机运动控制系统相关技术方面取得的成果，在吸收前人先进技术的基础上，对系统的实时调度问题和算法做了相关理论研究。同时结合实时控制系统的特点，进一步分析了几种常见的实时操作系统，选择μc/OS-Ⅱ实时操作系统作为研究的基础，研究确定焊接机控制系统的实时调度方法。 给出了焊接机运动控制系统硬件平台各个功能模块电路的设计，搭建了以ARM微处理器为核心的焊接机运动控制系统硬件平台。然后详细分析了μc/OS-Ⅱ系统的任务调度、任务管理等内核基本功能模块，针对焊接机运动控制系统实时调度存在的问题.对μc/OS-Ⅱ的内核及其任务调度算法进行扩展改进，研究一种混合的调度策略，即采用两种调度策略实现对焊接机运动控制系统中普通任务和实时任务的调度，最大限度地提高系统的实时性。通过测试，验证了对μc/OS-Ⅱ实时内核及其任务调度算法进行扩展改进设计的有效性和可行性，系统运行正常，满足焊接机运动控制系统任务调度的要求。取得了复杂焊接机运动控制系统任务实时调度策略及算法的成果，对焊接控制领域自动化和智能化的发展具有实际应用价值。
上传时间： 2013-04-24
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现阶段，中国的自动售货行业蓬勃发展。作为自动服务的核心部件，基于单片机的纸币识别系统已经越来越不能满足市场需求。 本文对基于uClinux操作系统和S3C4510B的纸币识别系统的各个方面进行了研究。研究表明，纸币识别系统要求能满足硬实时性，但uClinux操作系统的实时性不强。由于uClinux功能强大，免费且资源丰富，如能成功改进本纸币识别系统的实时性，纸币识别系统将在成本，性能和功能性等方面有更大的优势，所以对实时性进行改进将非常有意义。 在本纸币识别系统中，纸币特征采集子系统对实时性要求很高，需要满足硬实时的要求，所以是否能满足该子系统的实时性的要求，将是本纸币识别系统能否很好工作的关键所在。通过对当前多种uClinux实时性改进方案进行了解和研究，参考了RTAI和RTLinux的工作原理，提出了基于uClinux操作系统和S3C4510B的纸币识别系统的实时性改进方案。纸币特征采集子系统主要依靠码盘光耦产生的反馈信号生成硬件中断，然后通过处理该中断，实现对纸币特征的采集。在本文提出的方案中，为了提高系统对硬件中断的反应速度，避开uClinux对中断的慢处理，在操作系统与硬件之间建立了一个特殊的硬件抽象层来管理中断，并将纸币特征采集功能与操作系统剥离，放入一个单独的处理单元。通过这样的处理，使得中断产生时，硬件抽象层暂停uClinux操作系统的运行，直接将中断交由纸币特征采集处理单元处理，实时的完成纸币特征数据的采集。
上传时间： 2013-05-24
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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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该文针对复杂信号实时处理的困难,提出了采用FPGA来实现信号处理的方法,并根据系统需要设计了一个嵌入式实验平台.根据FPGA实现信号处理的关键点:设计合理的FPGA结构,体现算法的并行性和流水性,论文着重分析了用FPGA实现阵列结构处理的具体方法和实现过程.论文从分析算法的并行度入手,提出用相关图方法直观反映算法的相关性,在此基础上设计了算法的信号流图结构和脉动阵列结构.并针对典型信号处理算法(矩阵运算、卷积运算)进行了并行度分析,相关图设计和从相关图导出脉动阵列结构的研究.同时针对FPGA特点,提出了采用CORDIC结构来设计通用运算单元,给出其流水实现的结构,结合脉动阵列结构提高了矩阵运算性能.最后设计一个以32位CPU为核心的实验平台,编写了启动程序和诊断程序.
上传时间： 2013-04-24
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该论文首先对脉冲及其参数进行了分析,然后介绍了雷达脉冲参数测量的原理,并针对现代复杂电磁环境的特点,对脉冲参数测量的方案进行了设计.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20万门FPGA芯片实现了对高密度视频脉冲流的脉冲到达时间(TOA)、脉冲宽度(PW)和脉冲幅度(PA)等参数的实时高精度测量,并对测量误差进行了分析,同时给出了功能仿真的波形.该测量方法是基于FPGA的硬件实现方法,其系统结构简单,测量速度快、精度高,满足对脉冲参数测量高精度、实时性的要求.
上传时间： 2013-07-05
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现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一，是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT已经成为现代信号处理的重要理论之一。 该文的目的就是研究如何应用FPGA实现FFT算法，研制具有自己知识产权的FFT信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。 设计采用基4算法设计了一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC流水线结构设计了FFT的蝶型运算单元，将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式，并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部，使整个系统的数据交换和处理速度得以提高。 整个设计利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0开发软件，采用先进的层次化设计思想，使用一片FPGA芯片完成了整个FFT处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真，运行速度达到100MHz以上。
上传时间： 2013-07-01
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