谈FPGA信号处理算法的实现

随着科学技术的迅速发展以及社会的进步,FPGA信号处理算法的实现,不仅推动了计算机行业的发展,同时改善了人们的生活。在此,本文针对FPGA信号处理算法中的相关问题,做以下简要分析。

谈FPGA信号处理算法的研究

信号处理技术是当今世界各国研究的重点内容,它对计算机技术的发展有很重要的意义。随着可编程逻辑器件技术的飞速发展,可编程门阵列技术在稳定性、可靠性等方面有很大的优势。此外,可编程门阵列还具有非常强的特殊并行处理能力,大大提高了信号处理的速度。本文对可编程门阵列做了简要介绍,并就基于可编程门阵列的信号处理算法研究和实现等问题,做了深入探讨,具有一定的参考意义。

5G系统中随机接入基带信号生成算法的研究与FPGA实现

针对5G随机接入基带信号生成算法计算量大且难以实现的问题,提出一种分组交织的随机接入基带信号生成算法。将基带信号生成过程中的大点数离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transformation,IDFT)划分成多组小点数快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)分别乘以对应的修正系数,对各小组数据进行IFFT运算和交织。仿真表明,该算法与直接使用IDFT生成的信号之间均方误差仅为1.66×10^(-32),且相较于传统算法,算法复杂度更低。在FPGA平台上验证了该方案的可行性和有效性。

面向异构信号处理平台的量子调度算法

针对异构信号处理平台中已有调度算法的调度长度较大导致信号处理应用实时性下降问题,文中提出一种面向异构信号处理平台的量子调度算法。该算法采用任务优先级分流排序策略,得到更加准确的任务调度顺序。使用量子比特对任务分配方案进行编码,增加任务分配方案的多样性,且编码规则有助于跳出局部最优找到全局最优解。按照最小计算开销原则和任务复制思想进行处理器分配,减少任务间通信开销,并通过量子旋转门对量子编码方案进行更新,不断逼近最优解。仿真结果表明,所提算法能够减少调度长度,提升信号处理应用的实时性,进而提高平台的工作效率。

基于实时图像处理算法的交通信号主动智能优化方法研究

为了提升城市交通的通勤效率,文中基于图像处理技术对交通信号灯的智能优化方案进行了研究。该方案引入了一种基于混合高斯模型的运动目标检测方法,可有效从道路背景中分离车辆的前景信息。并采用虚拟线圈法进行车辆统计,在识别出交叉路口的车道信息后按照不同车道分别统计车辆数量。同时还设计了一个以平均排队时长、排队长度和停车次数为优化目标的多目标约束规划模型,并通过粒子群算法完成了模型的求解。仿真结果表明,所提技术方案可适应不同交通流量交叉路口的车辆统计,且精度能够达到95.4%。相较于现有的Webster方案,文中信号灯优化方案的平均延误时间、平均停车次数与平均等待长度分别下降了2.76%、8.35%及12.44%。

新一代卫星导航信号接收处理算法的设计与实现

随着卫星导航技术的快速发展,新一代卫星导航信号呈现出不同于传统信号的独特特性。深入分析新一代卫星导航信号的物理与调制特性,以及其在复杂信号环境中的表现。基于此,提出一系列卫星导航信号接收处理算法的设计与优化策略,包括信号同步与时延估计优化策略,以及适应性算法与机器学习策略的结合。为了满足实时性要求,进一步探讨现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)与图形处理器(graphics processing unit, GPU)、流水线设计与优化策略在算法实现中的应用,并通过实际场景验证这些算法的有效性和实用性。

基于小波阈值算法的气体超声波流量计信号预处理

气体超声波流量计超声信号在气体中传播时,存在易受到各种噪声的干扰,能量衰减严重、回波信号幅值弱、信噪比低等问题,为准确采集气体超声波流量计回波信号,在传统阈值滤波算法基础上提出了一种改进小波阈值算法,对气体超声波流量计信号进行预处理;将改进小波阈值算法与传统阈值算法进行仿真对比分析,并用FPGA实现对采集超声波信号的6层Coif5小波滤波处理。经仿真与实验对比表明:在不改变超声波信号的特征波基础上,使用改进阈值滤波算法对超声波回波信号降噪处理后,均方根误差为0.0014,信噪比达到了88.3290 dB,该方法提高了超声波流量计的采集质量,实现了良好的降噪效果。

宽谱域光电探测器阵列信号实时处理算法优化研究

宽谱域光电探测器阵列是一种先进的光电设备,能够在广泛的光谱范围内检测光信号,光谱范围覆盖从红外到紫外的大部分光谱。然而,宽谱域探测器产生的数据量巨大,对实时处理算法提出了极高的要求。本文介绍了宽谱域光电探测器阵列的基本原理,探讨了新型算法的设计与优化方法。实践证明,该优化方法能够显著提高宽谱域光电探测器阵列信号的实时处理效率。

基于FPGA的数字信号处理平台设计

本文基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理(DSP)平台设计,该平台旨在实现高度灵活的数字信号处理功能,以满足不同应用领域的需求。通过FPGA芯片、外设接口、时钟和电源管理设计硬件平台架构。为了提高平台的性能和可扩展性,采用硬件描述语言(HDL)进行FPGA设计。通过充分利用FPGA的并行计算能力和灵活的可编程特性,实现高效的信号处理算法。通过实验验证该平台在不同信号处理任务中的性能,并与传统的处理器进行比较。实验结果表明,基于FPGA的数字信号处理平台在处理复杂信号任务时具有明显的性能优势,并且能够适应多种应用场景,该平台为数字信号处理领域提供一种高度灵活、可定制的解决方案,为未来数字信号处理应用的发展奠定坚实的基础。

FPGA在激光扫描系统的实时信号处理与控制策略应用

激光扫描系统在很多领域广泛应用,其性能和稳定性对系统性能有重要影响。FPGA作为一种高性能可编程逻辑器件,具有并行计算、高速响应等优势,在激光扫描系统的实时信号处理和控制策略中展现出巨大潜力。本文分析了激光扫描系统的特点及其对实时信号处理和控制的需求,提出了基于FPGA的高效解决方案,包括FPGA在激光扫描系统中的硬件架构设计、实时信号处理算法设计、控制策略优化等,并通过实验验证了所提方法的有效性。研究结果为激光扫描系统的性能优化提供了理论和技术支撑。

基于FPGA和多核DSP的雷达信号处理架构的分析

本文针对目前雷达信号处理的应用需求,结合雷达系统的硬件结构和运算处理特点,提出了一种基于FPGA和多核DSP的信号处理架构。该架构采用FPGA作为高速数据缓冲器,同时以多核DSP为核心组成信号处理系统,并利用FPGA的内部结构设计了信号处理系统的底层拓扑结构。实验结果表明,基于此架构设计的信号处理系统可以满足雷达系统对实时性和精度要求,同时可为后续更多算法和更复杂算法的实现提供硬件平台支撑。同时,该架构也可应用于其他高速数据传输、大容量数据存储等场合,具有重要的工程实践价值。

基于声学信号处理技术的语音识别算法改进与模型优化

本文通过对语音识别的基本原理和相关技术的概述,分析了语音识别面临的挑战和问题。然后,探讨了声学信号处理技术在语音识别中的应用,强调了其在语音识别准确性方面的作用。接着,对现有的语音识别算法进行了分析,并提出了基于声学信号处理技术的算法改进策略和方法。实施改进后的算法在语音识别准确性和鲁棒性方面取得了显著的提升。针对语音识别模型的优化问题,本文提出了基于声学信号处理技术的模型优化方法,并进行了性能测试和分析。优化后的模型在语音识别准确性和鲁棒性方面表现出显著的改善。本文通过基于声学信号处理技术的算法改进和模型优化,有效提高了语音识别的准确性和鲁棒性。这为语音识别技术的发展提供了有益的借鉴和参考,为进一步提升语音识别的性能打下了基础。

基于分裂基FFT的S波段雷达信号处理单元设计与实现

回波信号的信息解调主要依赖于FFT完成,本文提出了一种基于分裂基FFT的FPGA实现信号处理单元方案,用于高效解调回波信号信息。在原方案中,距离维解调由DSP完成,速度维解调在PC端进行,但其采用的单核DSP无法同时处理距离维解调与数据上传,导致实时性较低。本文利用FPGA并行处理和灵活可编程的特点,将两次信号解调集成至FPGA中实现,并完成了数据处理与上传的并行设计,提高了数据处理的实时性与可靠性。其中分裂基FFT是实现上述功能的关键,本文通过设计自适应计算单元与数据流控制单元,提升了分裂基FFT的处理速度,相比传统结构,本文方案节省了5.4%以上的计算周期;相比改进后的分裂基FFT,可节省2.31%以上的计算周期。闭环测试结果表明,本文设计的集成化信号处理单元解调得到的目标点信噪比高达70 dB,能够很好地满足信号处理的要求。

多核数字信号处理器矩阵乘卷积算法性能评测

矩阵乘卷积算法能够为各种卷积配置提供高性能基础实现,是面向给定芯片进行卷积性能优化的首要选择。针对国防科技大学自主研制的飞腾异构多核数字信号处理器(digital signal processor,DSP)芯片的特征以及矩阵乘卷积算法自身的特点,提出了一种面向多核DSP架构的高性能并行矩阵乘卷积实现算法ftmEConv。该算法由输入特征图转换、卷积核转换、矩阵乘以及输出特征图转换这四个均运行在通用多核DSP上的并行化部分构成,通过有效挖掘通用DSP核中功能单元的潜力来提升各个部分的性能。实验结果表明,ftmEConv实现了高达42.90%的计算效率,与芯片上的其他矩阵乘卷积算法实现相比,获得了高达7.79倍的性能加速。

LWT-FLP去噪算法在FBG传感器信号处理中的应用

为了提高传感器信号处理的精度,结合提升小波变换和前向线性预测算法优势,提出了一种应用于FBG传感器信号处理的LWT-FLP去噪算法。研究结果表明:信号经FBG处理后展现出显著的去噪效果,且与处理前具有相似的变化趋势,FBG传感器可代替标准电磁流量计使用,具有相同功能。LWT-FLP算法相比于G-FLP算法及FLP算法这两种传统算法,去噪效果更佳。加速度计输出信号经LWT-FLP算法去噪后,不论是方差还是均值相比原始结果下降幅度都很大。

面向异构处理平台任务调度的麻雀优化算法

针对当前异构信号处理平台中各处理器任务数量分配不均衡、处理器性能发挥不完全以及系统运行效率低的问题,文中提出一种面向异构处理平台的麻雀优化算法。该算法利用了麻雀算法较强的全局寻优能力和麻雀种群内部的高效工作机制。在经典麻雀算法基础上,文中提出了符合任务调度的二进制异或编解码规则,将离散的任务分配方案映射为连续的麻雀位置信息。将处理器负载均衡指数作为适应度函数,选取每次迭代中的最优解;在麻雀遍历任务时,采用任务优先级分流排序策略。对通信密集型任务和计算密集型任务采取不同的计算式得到更符合任务特点的遍历顺序,生成随机任务图,并将所提算法同ICPA(Improved Critical Path Algortthm)算法进行对比。仿真结果表明,相比于ICPA算法,所提算法的负载均衡指数平均优化率为60%,各处理器负载情况更加均衡,能更好地发挥异构处理平台的整体效能。

基于FPGA的分段近似双边滤波算法设计与实现

为了增强图像显示的质量以及减少基于现场可编程逻辑器件(FPGA)双边滤波算法中硬件资源的消耗,设计了一种分段近似的双边滤波算法。通过分段近似计算减少了双边滤波中值域的存储容量以及输出的数据位宽,从而降低了计算复杂度和硬件资源消耗。在Zynq-7000和Sparten-7的FPGA平台上实现了分段近似的双边滤波算法,研究了不同高斯噪声及在其最佳的值域标准差下的滤波和边缘保持性能。结果表明,本文算法在性能上与传统的双边滤波算法相当,并且与传统的双边滤波算法相比,其查找表(LUT)和数字信号处理模块(DSP)的使用量减少了9.9%和71.1%,且功耗仅为0.128 W。本文算法适合用于硬件资源有限的图像滤波应用场景。

异构多平台信号处理任务调度研究

简单的并行计算或单一异构平台已经无法满足计算量大、复杂度高的信号处理和任务调度需求,异构多平台系统已经成为信号处理和任务调度的发展趋势。针对提高平台的吞吐量、处理器的利用率以及任务的感知等问题,文中对异构多平台信号处理模型进行了研究,并利用有向无环图对调度任务和软硬件资源建模。基于已提出的调度算法,对任务调度进行了归纳总结、对比分析,发现基于任务感知的混合调度算法能够较好地满足平台调度需求。利用基于任务感知的混合调度算法解决信号处理中的任务调度将是未来研究发展的趋势。

基于BEPCⅡ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现

数字束流位置探测器(BPM)算法是数字BPM系统最核心的部分,其对束流位置测量的精度起决定作用。本文在完成数字BPM算法MATLAB模拟工作的基础上,将模拟优选出的数字BPM算法在自制的电子学硬件上进行FPGA实现。首先介绍了数字BPM算法的总体设计和实现方案;其次介绍了数字BPM算法各功能模块的设计原理及其在FPGA中的具体实现方法;最后在输入信号频率499.8MHz、强度-10dBm、BPM探头灵敏度系数23的条件下进行了实验室测试。实验结果显示:逐圈位置分辨达2.96μm,快响应位置分辨达0.65μm,闭轨位置分辨达0.33μm,验证了本算法在束流位置测量中具有良好性能。

面向异构信号处理平台的负载均衡算法

针对当前异构信号处理平台中信号处理应用的调度算法优化目标单一且调度结果中处理器负载不均衡的问题,提出了一种基于蚁群优化算法的负载均衡算法。该算法结合蚁群优化算法的快速搜索能力和组合优化能力,以信号处理应用的调度长度和处理器负载均衡为优化目标,对初始信息素矩阵和蚂蚁的遍历顺序进行改进,提出调度长度启发因子和负载均衡启发因子对处理器选择公式进行改进,利用轮盘赌策略确定信号处理应用各子任务分配的处理器,完成信号处理应用的调度。仿真结果表明,该算法得到调度结果在调度长度和负载均衡方面均有改进,可以充分发挥各处理器性能,提高异构信号处理平台的整体效率。