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试谈CSE优化算法设计与其FPGA实现工作

收藏本文 2024-01-18 点赞:18771 浏览:82386 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着数字信号处理技术运用的不断深入及FPGA技术的不断进展,数字信号处理系统的实现面对着很多挑战,其中,四个主要不足是:速度、功耗、设计规模和开发周期。在基于FPGA实现一些数据计算量庞大的数字信号处理操作(如FIR滤波器、快速傅里叶变换等)时,需要消耗大量的FPGA资源。由此,如何在对最大时钟频率要求不高的场合下节约FPGA资源就成了探讨重点。本论文结合FPGA的硬件特点,提出了一种CSE优化算法,该算法通过提取尽可能多的共同子表达式来减少运算单元、降低逻辑深度。通过大量的算法浅析,将CSE优化算法与NR-SCSE算法、加法树算法、HCUB算法、BHM算法、Hartley算法等进行比较,结果表明:CSE优化算法能更大程度地减少运算单元,降低逻辑深度。论文重点浅析了CSE优化算法在数字信号及图像信号处理中的运用。CSE优化算法在FIR滤波器设计中的运用。以32阶FIR低通滤波器的设计为例,将滤波器系数进行CSD编码,运用CSE优化算法消去系数中有着的共同子表达式,以而减少运算单元、降低逻辑深度。在QuartusII中对整个设计进行仿真,结果表明:运用CSE优化实现FIR低通滤波器比直接乘法型实现及分布式实现节约更多的FPGA资源。最后在DE2开发板上进行硬件实现,表明利用CSE优化算法设计的FIR低通滤波器具有较好的滤波效果。CSE优化算法在图像频域滤波中的运用。通过综合浅析四种频域低通滤波器的性能特点,选择巴特沃斯低通滤波器来进行频域滤波,在MATLAB中产生滤波器系数并将系数进行CSD编码,然后运用CSE优化算法对其进行优化设计。在QuartusII中分别设计二维FFT模块、优化巴特沃斯低通滤波器模块,最后进行仿真浅析和滤波效果浅析,结果表明:运用CSE优化算法可节省大量的FPGA资源,且图像滤波效果比较理想。关键词:CSE优化算法论文FIR论文图像频域滤波论文巴特沃斯低通滤波器论文FPGA论文

    致谢3-4

    摘要4-5

    Abstract5-6

    目录6-8

    第一章 绪论8-12

    1.1 课题的探讨背景8

    1.2 国内外探讨历史及近况8-10

    1.3 论文主要工作10-11

    1.3.1 论文主要内容10

    1.3.2 论文章节安排10-11

    1.4 本章小结11-12

    第二章 FPGA 设计原则及开发环境介绍12-26

    2.1 FPGA 的设计原则12-13

    2.2 开发环境介绍13-25

    2.2.1 DE2 开发板13-16

    2.2.2 THDB_ADA_GPIO 子板16-20

    2.2.3 Quartus II 介绍20-23

    2.2.4 DSP Builder 介绍23-25

    2.3 本章小结25-26

    第三章 基于 CSD 编码的 CSE 优化算法26-40

    3.1 CSD 编码26-28

    3.2 CSE 算法28-31

    3.2.1 HCSE 算法28-30

    3.2.2 VCSE 算法30-31

    3.3 CSE 优化算法31-34

    3.4 算法浅析34-39

    3.5 本章小结39-40

    第四章 CSE 优化算法在 FIR 滤波器中的运用40-55

    4.1 FIR 滤波器的滤波论述40

    4.2 FIR 滤波器的实现结构40-43

    4.2.1 直接型结构40-41

    4.2.2 转置型结构41-42

    4.2.3 优化转置型结构42-43

    4.3 CSE 优化算法实现 FIR 滤波器43-50

    4.3.1 CSE 优化算法实现 FIR 滤波模块43-46

    4.3.2 AD/DA 转换制约模块46-50

    4.4 软件仿真与浅析50-52

    4.5 硬件实现52-54

    4.6 本章小结54-55

    第五章 CSE 优化算法在图像频域滤波中的运用55-70

    5.1 图像频域滤波论述55-56

    5.2 图像频域滤波算法56-59

    5.2.1 理想低通滤波器56-57

    5.2.2 巴特沃斯低通滤波器57-58

    5.2.3 指数低通滤波器58

    5.2.4 梯形低通滤波器58-59

    5.3 CSE 优化算法实现图像频域滤波59-64

    5.3.1 二维 FFT 模块59-62

    5.3.2 CSE 优化算法实现巴特沃斯滤波模块62-64

    5.4 仿真结果及滤波效果浅析64-69

    5.4.1 仿真结果浅析64-65

    5.4.2 滤波效果浅析65-69

    5.5 本章小结69-70

    第六章 总结与展望70-71

    6.1 论文工作总结70

    6.2 工作展望70-71

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