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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近年来,随着微电子技术的高速发展,数字图像压缩编码技术的逐渐成熟,实时图象处理在多媒体、HDTV、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,图像压缩/解压的IC芯片也已成为多媒体技术的核心,实现这些算法芯片的研究成为信息产业的新热点.该文基于FPGA设计了JPEG图像压缩编解码芯片,通过改进算法优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性.在JPEG编码器设计中,改进了JEONG的DCT变换算法,采用流水线优化算法解决时间并行性问题,提高了DCT/IDCT模块的运算速度;设计了基于查找表结构的定点乘法器,便于在设计中共享乘法单元,以适应流水线设计的要求;依据Huffman编码表的规律性,采用并行查找表结构,用较少的存储单元完成Huffman编解码的运算,同时也提高了编解码速度.在JPEG解码器设计中,根据Huffman码字本身的特点和JPEG标准,设计了一种Huffman码字分组结构,基于该结构提出分组Huffman查找表及地址编码的设计方法,进而完成了新的快速Huffman解码算法及其模块设计.整个设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平台上进行了逻辑综合及功能和时序仿真.综合和仿真结果表明,基于FPGA的JPEG图像编解码芯片消耗很少的FPGA硬件资源,达到了较高的工作频率,在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态,可满足实时JPEG图像编解码的要求.在逻辑设计的基础上,该设计可以进一步作硬件仿真和实验,将源代码烧录进FPGA芯片,作为独立器件或有自主知识产权的JPEG IP模块,应用于可视电话、手机和会议电视等低成本JPEG编解码系统的实现.
上传时间： 2013-05-31
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卷积码是无线通信系统中广泛使用的一种信道编码方式。Viterbi译码算法是一种卷积码的最大似然译码算法，它具有译码效率高、速度快等特点，被认为是卷积码的最佳译码算法。本文的主要内容是在FPGA上实现约束长度为9，码率为1/2，采用软判决方式的Viterbi译码器。 本文首先介绍了卷积码的基本概念，阐述了Viterbi算法的原理，重点讨论了决定Viterbi算法复杂度和译码性能的关键因素，在此基础上设计了采用“串-并”结合运算方式的Viterbi译码器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上测试通过。本文的主要工作如下： 1.对输入数据采用了二比特四电平量化的软判决方式，对欧氏距离的计算方法进行了简化，以便于用硬件电路方式实现。 2.对ACS运算单元采用了“串-并”结合的运算方式，和全并行的设计相比，在满足译码速度的同时，节约了芯片资源。本文中提出了一种路径度量值存储器的组织方式，简化了控制模块的逻辑电路，优化了系统的时序。 3.在幸存路径的选择输出上采用了回溯译码方法，与传统的寄存器交换法相比，减少了寄存器的使用，大大降低了功耗和设计的复杂度。 4.本文中设计了一个仿真平台，采用Modelsim仿真器对设计进行了功能仿真，结果完全正确。同时提出了一种在被测设计内部插入监视器的调试方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的输出结果，提高了追踪错误的效率。 5.该设计在Altera EP1C20 FPGA芯片上通过测试，最大运行时钟频率110MHz，最大译码输出速率10.3Mbps。 本文对译码器的综合结果和Altera设计的Viterbi译码器IP核进行了性能比较，比较结果证明本文中设计的Viterbi译码器具有很高的工程实用价值。
上传时间： 2013-07-23
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信息技术的不断发展,对信息的安全提出了更高的要求.在应用公钥密码体制的时候,对密钥长度要求越来越大,处理的速度要求越来越快.而基于椭圆曲线离散对数问题的椭圆曲线密码体制,因其每比特最大的安全性,受到了越来越广泛的注意.椭圆曲线密码体制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速实现也成为一个关注的方面.该文按照确定有限域、选取曲线参数、划分结构模块、优化模块算法、实现模块设计,验证模块功能的顺序进行书写.为了硬件实现上的方便,设计选择了含有Ⅱ型优化正规基的伽略域GF(2191),并在该域上构造了随机的椭圆曲线.根据层次化、结构化的设计思路,将椭圆曲线上的标量乘法运算划分成两个运算层次:椭圆曲线上的运算和有限域上的运算.模块划分之后,利用自底向上的设计思路,主要针对有限域上的乘法运算进行了重要的改进,并对加法群中的标量乘运算的算法进行了分析、证明,以达到面积优化和快速执行的效果.具体设计中,采用硬件描述语言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平台上进行电路设计.完成了各个模块的设计输入和仿真.设计选用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方软件Quartus Ⅱ 2.2进行综合、布局、布线和时序仿真.文中给出了椭圆曲线上的点加、倍点和标量乘法模块的具体设计结构框图.并且根据椭圆曲线的标量乘特点,提出了合适的验证方案.该设计完成了椭圆曲线上的标量乘法运算.设计主要针对资源受限的应用环境:改进了有限域上的乘法运算、使用了没有预处理的标量乘算法.改进后的椭圆曲线标量乘法需要2,741,998个逻辑单元,在100MHz的时钟约束下,运行一次标量乘法运算需要567.69us.该次设计的结果可以直接用来构造椭圆曲线上的签名、验证、密钥交换等算法.
上传时间： 2013-05-24
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有线通信方式由于具有保密性高、抗干扰能力强在军事通信中倍受青睐,因此,对军用有线通信设备的研究和设计具有十分重要的战略意义.TBJ-204型野战20线程控交换机是一种小型背负式模拟空分程控用户交换机,用于装备全军各兵种的作战、演习和紧急抢险等行动.该项目以该交换机为研究对象,在详细分析原设备的系统结构和功能实现方式的基础上,指出该机型在使用过程中存在技术相对陈旧、分立元件过多、可靠性和保密性不够、体积大、重量大、维修困难等问题,同时结合系统的低功耗需求和优化人机接口设计,本文提出基于"单片机+CPLD/FPGA体系结构"的集成化设计方案:①在CPLD中实现信号音分频和计时频率生成电路、20路用户LED状态控制电路;②CPLD与单片机以总线接口方式实现译码、数据和控制信号锁存功能的VHDL设计;③基于低功耗设计的器件选型方案和单片机待机模式设计;④人机接口的LCD菜单操作方式.该文详细介绍了改型设备的研制过程,包括CPLD片内功能设计实现、主控制板和用户板各功能模块工作原理和设计实现、各硬件模块功能测试等,最后给出了局内呼叫处理功能和话务员服务功能的软件实现流程.文章结尾介绍了改型设备的系统性能,它将实现更高的可靠性、保密性和抗干扰能力,同时具备低功耗和小型化的优点.最后,该文总结了项目设计中使用的关键技术,指出了设计的创新意义和将来的工作.
上传时间： 2013-04-24
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在工业生产中，二次自动化仪表是构成自动化系统的基本单元之一。我国的单元仪表己基本完成由电动Ⅲ型仪表向基于八位或十六位单片机为基础设计的数字化仪表的转换。由于常规单片机资源的限制，以单片机为基础设计的单元仪表基本上还是在功能上替代电动Ⅲ型仪表，并按电动Ⅲ型功能进行分类。这样造成国内自动化仪表生产厂家生产的二次数字化仪表品种繁杂，标准难以统一，设计随意性大。因此带来如下现实问题： 1．自动化系统设计单位的仪表选型、系统调试、使用中操作、维修和系统的功能优化及备件的准备非常的不方便： 2．仪表生产厂家的批量生产困难，产品质量的提高及成本的节约不利： 3．国内现在自动化仪表厂家数量众多，但都无法形成规模生产，质量不佳，而国外进口的二次仪表往往依附于特定的集散系统，也存在标准不统一，难以灵活替换的问题，且价格昂贵。 自动化系统设计、生产及应用迫切需要一种使用方便、通用性强的智能型二次仪表，以解决上述问题，改变传统设计、生产及应用方式，这将是未来自动化仪表的发展趋势，也就是本课题的努力方向。 本论文正是针对上述问题，以设计出一种可灵活组态的通用智能型二次仪表为研究对象，在深入分析国内主流仪表厂家的仪表操作方式和仪表功能的基础上，合理地进行软硬件设计，为在同一硬件平台下实现多种仪表的功能进行了创新性和探索性研究。主要内容为： 1．各种常规二次仪表功能、标准、接线、操作习惯及结构方式的归类分析； 2．多信号多量程的柔性测量方法研究； 3．系统整机设计以及系统可靠性设计； 4．u-boot的向ARM的移植、uClinux向ARM的移植、uClinux下的通用组态软件设计。 本文设计了一种以三星公司的ARM7TDMI系列处理器S3C44BOX为核心，辅以外围电路，实现同一硬件平台下多种仪表的功能，并成功制作了样品系统。 本文所讨论的基于$3C44BOX和uClinux的智能仪表系统的开发技术同样适用于其它项目的开发，对其它嵌入式的应用系统开发有重要的参考价值。
上传时间： 2013-05-16
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本文以符号多项式理论为基础，从理论上论证了任意长度比特组合的CRC校验码的并行算法，提出了并行CRC计算的数学模型，并且以8位二进制序列(即一个字节)为例，介绍了利用此数学模型计算校验码的方法，最后给出了与此算法相对应的VHDL模型。经过对实验数据的对比分析，表明文中所提并行CRC算法的关键路径延迟和硬件面积都得到了优化，以Top-Down设计方法给出了一种HDLC协议控制器的设计方案，用VHDL语言进行了行为级描述，采用Xilinx公司的FPGA产品进行实现。
上传时间： 2013-06-09
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-04-24
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随着科技的发展和社会的进步，数字电视已逐渐成为现代电视的主流。利用今年是奥运年的契机，研究和推广数字电视广播具有重大的意义。2006年8月底我国出台的数字多媒体/电视广播(DMB-T)标准，确立了中国自己的技术标准。以此来发展拥有自主知识产权的数字电视事业，不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化要求，还可以带动相关产业快速发展。 本课题在深入研究DMB-T国家标准的基础上，首先对系统的调制系统进行了设计规划，然后对信道调制的星座映射、系统信息插入、帧体数据处理、PN序列插入的帧形成模块和成形滤波模块进行了设计和仿真，并验证了其正确性。 3780个子载波的时域同步正交多载波技术(TDS-OFDM)是DMB-T调制系统的关键技术之一。由于载波数不是2的整数次幂，考虑到实现的有效性，不能采用现已成熟的基-2或基-4的快速傅立叶变换(FFT)算法。针对调制系统中特有的3780点IFFT，课题深入分析和比较了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三种离散快速傅立叶变换算法的特点和性能，综合利用了三种算法优势，考虑了算法的复杂度、运算的速度、资源的消耗，设计出一种新的算法，进行了Matlab验证和基于FPGA(现场可编程门阵列)的仿真。分析表明，该算法所需的加法、乘法次数已很逼近4096点FFT算法。 DMB-T发射端的基带成形滤波采用了平方根升余弦滚降滤波，由于其0.05的滚降系数在实现中比较苛刻，所以是设计的难点之一。本课题利用Matlab工具采用了等纹波最优滤波的方法设计了169阶数字滤波器，其阻带衰减达到了46.9dB，完全符合标准的要求；利用四倍插值的方法实现了I、Q合路的该滤波器的FPGA设计，并进行了设计优化，显著降低了滤波器的运算量，大大节约了实现该滤波器所需的乘法器资源。
上传时间： 2013-06-28
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现场可编程门阵列(FPGA)是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,它结合了微电子技术、电路技术和EDA(Electronics Design Automation)技术。随着它的广泛应用和快速发展,使设计电路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。离散傅立叶变换(DFT)作为数字信号处理中的基本运算,发挥着重要作用。而快速傅里叶变换(FFT)算法的提出,使离散傅里叶变换的运算量减小了几个数量级,使得数字信号处理的实现变得更加容易。FFT已经成为现代数字信号处理的核心技术之一,因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义。 本文主要研究如何利用FPGA实现FFT算法,研制具有自主知识产权的FFT信号处理器。该设计采用高效基-16算法实现了一种4096点FFT复数浮点运算处理器,其蝶形处理单元的基-16运算核采用两级改进的基-4算法级联实现,仅用8个实数乘法器就可实现基-16蝶形单元所需的8次复数乘法运算,在保持处理速度的优势下,比传统的基-16算法节省了75％的乘法器逻辑资源。 在重点研究处理器蝶形单元设计的基础上,本文完成了整个FFT处理器电路的FPGA设计。首先基于对处理器功能和特点的分析,研究了FFT算法的选取和优化,并完成了处理器体系结构的设计；在此基础上,以提高处理器处理速度和减小硬件资源消耗为重点研究了具体的实现方案,完成了1.2万行RTL代码编程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成开发环境中实现了处理器各个模块的RTL设计：随后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000为硬件平台,完成了整个FFT处理器的电路设计实现。 经过仿真验证,本文所设计的FFT处理器芯片运行速度达到了100MHz,占用的FPGA门数为552806,电路的信噪比可以达到50dB以上,达到了高速高性能的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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