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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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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随着电信数据传输对速率和带宽的要求变得越来越迫切,原有建成的网络是基于话音传输业务的网络,已不能适应当前的需求.而建设新的宽带网络需要相当大的投资且建设工期长,无法满足特定客户对高速数据传输的近期需求.反向复用技术是把一个单一的高速数据流在发送端拆散并放在两个或者多个低速数据链路上进行传输,在接收端再还原为高速数据流.该文提出一种基于FPGA的多路E1反向复用传输芯片的设计方案,使用四个E1构成高速数据的透明传输通道,支持E1线路间最大相对延迟64ms,通过链路容量调整机制,可以动态添加或删除某条E1链路,实现灵活、高效的利用现有网络实现视频、数据等高速数据的传输,能够节省带宽资源,降低成本,满足客户的需求.系统分为发送和接收两部分.发送电路实现四路E1的成帧操作,数据拆分采用线路循环与帧间插相结合的方法,A路插满一帧(30时隙)后,转入B路E1间插数据,依此类推,循环间插所有的数据.接收电路进行HDB3解码,帧同步定位(子帧同步和复帧同步),线路延迟判断,FIFO和SDRAM实现多路数据的对齐,最后按照约定的高速数据流的帧格式输出数据.整个数字电路采用Verilog硬件描述语言设计,通过前仿真和后仿真的验证.以30万门的FPGA器件作为硬件实现,经过综合和布线,特别是写约束和增量布线手动调整电路的布局,降低关键路径延时,最终满足设计要求.
上传时间： 2013-07-16
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随着计算机和集成电路技术的不断发展,基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流.现场可编程门阵列(FPGA)作为一种可编程专用集成电路(ASIC)已经广泛应用于计算机、通信、航空航天等各个领域.一般来讲,FPGA多用于高速通信和高速信号处理领域,以发挥其处理速度快的特点,本文将其应用于一低速低功耗系统——某水下远程遥控接收系统,主要用其在频域来实现水下远程遥控的解码,取得了令人满意的效果.该文主要做了以下几方面的工作.首先,深入研究和分析了在频域实现水下远程遥控解码的原理并进行了遥控指令编码设计;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下远程遥控FPGA解码芯片的设计工作,包括硬件描述语言(VHDL)编码、电路前后仿真、综合和布局布线工作,并对设计的FPGA解码芯片进行了初步的功耗估算:最后设计制作了一块FPGA解码芯片电路验证测试板,并完成了电路调试和测试.实验测试结果表明,用FPGA实现水下远程遥控解码电路的方案是可行的,可以有效地缩小系统体积、提高系统可靠性,在保证系统性能情况下做到更低的功耗,还可以实现在系统配置和编程,使得系统的调试、升级和维护更加灵活方便.
上传时间： 2013-06-03
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随着通信网的发展和用户需求的提高,光纤通信中的PDH体系逐渐被SDH体系所取代.SDH光纤通信系统以其通信容量大、传输性能好、接口标准、组网灵活方便、管理功能强大等优点获得越来越广泛的应用.但是在某些对传输容量需求不大的场合,SDH的巨大潜力和优越性无法发挥出来,反而还会造成带宽浪费.相反,PDH因其容量适中,配置灵活,成本低廉和功能齐全,可针对客户不同需要设计不同的方案,在某些特定的接入场合具有一定的优势.本课题根据现实的需要,提出并设计了一种基于PDH技术的多业务单片FPGA传输系统.系统可以同时提供12路E1的透明传输和一个线速为100M以太网通道,主要由一块FPGA芯片实现大部分功能,该解决方案在集成度、功耗、成本以及灵活性等方面都具有明显的优势.本文首先介绍数字通信以及数字复接原理和以太网的相关知识,然后详细阐述了本系统的方案设计,对所使用的芯片和控制芯片FPGA做了必要的介绍,最后具体介绍了系统硬件和FPGA编码设计,以及后期的软硬件调试.归纳起来,本文主要具体工作如下:1.实现4路E1信号到1路二次群信号的复分接,主要包括全数字锁相环、HDB3-NRZ编解码、正码速调整、帧头检测和复分接等.2.将以太网MII接口来的25M的MII信号通过码速变换到25.344M,进行映射.3.将三路二次群信号和变换过的以太网MII信号进行5b6b编解码,以利于在光纤上传输.4.高速时提取时钟采用XILINX的CDR方案.并对接收到的信号经过5b6b解码后,分接出各路信号.
上传时间： 2013-07-23
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本文研制的数据采集器，用于采集导弹过载模拟试车台的各种参数,来评价导弹在飞行过程中的性能，由于试车台是高速旋转体，其工作环境恶劣，受电磁干扰大，而且设备要求高，如果遇到设备故障或设备事故，其损失相当巨大，保证设备的安全性和可靠性较为困难。 本文在分析数字通信技术的基础上，选用了基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)采用脉冲编码调制(PCM)通信实现多路数据采集器的设计，其优点是FPGA技术在数据采集器中可以进行模块化设计，增加了系统的抗干扰性、灵活性和适应性，并且可以将整个PCM通信系统设计成可编程序系统，用户只要稍加变更程序，则系统的被测路数、帧结构、码速率、标度等均可改变以适应任何场合。并且采用合理的纠错和加密编码能够实现数据在传输工程中的完整性和安全性。 通过对PCM通信的特点研究，研制了一套集采集与传输的系统。文章给出了各个模块的具体建模与设计，系统采用的是FPGA技术来实现数据采集和信号处理，采用VHDL实现了数字复接器和分接器、编解码器、调制与解调模块的建模与设计。采用基于NiosII实现串口通讯，构建了实时性和准确性通信网络，实现了数据的采集。 测试数据和数据采集的实验结果证明，采用FPGA技术实现PCM信号的编码、传输、解码，能够有较强的抗干扰性、抗噪声性能好、差错可控、易加密、易与现代技术结合，并且误码率较低，要远远优于传统的方法。
上传时间： 2013-04-24
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电台广播在我们的社会生活中占有重要的地位。随着我国广播事业的发展，对我国广播业开发技术、信号的传输质量和速度提出了更高更新的要求，促使广播科研人员不断更新现有技术，以满足人民群众日益增长的需求。 本论文主要分析了现行广播发射台的数字广播激励器输入接口的不足之处，根据欧洲ETS300799标准，实现了一种激励器输入接口的解决方案，这种方案将复接器送来的ETI(NA,G704)格式的码流转换成符合ETS300799标准ETI(NI)的标准码流，并送往后面的信道编码器。ETI(NA,G704)格式与现行的ETI(NI,G703)格式相比，主要加入了交织和RS纠错编码，使得信号抗干扰能力大大加强，提高了节目从演播室到发射台的传输质量，特别是实时直播节目要求信号质量比较好时具有更大的作用。 本论文利用校验位为奇数个的RS码，对可检不可纠的错误发出报警信号，通过其它方法替代原有信号，对音质影响不大，节省了纠正这个错误的资源和开发成本。 同时，我们采用FPGA硬件开发平台和VHDL硬件描述语言编写代码实现硬件功能，而不采用专用芯片实现功能，使得修改电路和升级变得异常方便，大大提高了开发产品的效率，降低了成本。 经过软件仿真和硬件验证，本系统已经基本实现了预想的功能，扩展性较好，硬件资源开销较小，具有实用价值。
上传时间： 2013-07-15
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LDPC码以其接近Shannon极限的优异性能在编码界引起了轰动，成为研究的热点。随着研究的不断深入和技术的发展，目前，LDPC码已经被多个通信系统定为信道编码方案，并被应用到第二代数字视频广播卫星(DVB—S2)通信系统中。由于LDPC码译码过程中所涉及的数据量庞大，译码时序控制复杂，如何实现LDPC码译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现LDPC码译码器为研究目标，主要对译码算法选择、译码数据量化、定点数据表示方式、译码算法关键运算单元的FPGA设计和译码的时序控制进行了深入研究。首先分析了LDPC码的基本译码原理和常用译码算法。然后重点分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和归一化最小和算法，并对四种译码算法的纠错性能和译码复杂度进行比较论证，选出适合硬件实现的译码方案。结合通信系统，对译码算法进行仿真分析，确定了译码算法的各个参数值和译码量化方案。 在系统仿真分析论证的基础之上，以归一化最小和译码算法为理论方案，利用硬件描述语言编写译码功能模块，并基于FPGA实现了固定译码长度的LDPC码译码器，利用MATLAB和Modelsim分别对译码器进行了功能验证和时序验证，最后模拟通信系统完成了译码器的硬件测试。
上传时间： 2013-04-24
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低密度校验码（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一种性能接近香农极限的信道编码，已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中，包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个，分别是结合准循环（QC，Quasi Cyclic）移位结构的单次扩展构造和类似重复累积（RA，Repeat Accumulate）码构造。相应地，主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高，但是需要较多的寄存器和ROM资源；基于迭代译码的编码算法实现简单，但是吞吐量不高，且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后，结合编译码器综合实现的复杂度考虑，提出了一种切实可行的基于二次扩展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC码构造方法，以实现高吞吐量的LDPC码收发端；并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点，结合RU算法，提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法，是通过对母矩阵先后进行乱序扩展（Pex，Permutation Expansion）和循环移位扩展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）实现的。在此基础上，为了实现可变码长、可变码率，一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于，固定循环移位扩展的扩展因子大小不变，支持多个乱序扩展的扩展因子，使得译码器结构得以精简；构造得到的码字具有近似规则码的结构，便于硬件实现；（伪）随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能，是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用，使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求，新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换（FS，Forward Substitution）模块，同时简化了流水线结构，由原先RU算法的6级降低为4级；为了缩短编码延时，设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势：相比RU算法，新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活，吞吐量也更大；相比基于生成矩阵的编码算法，新方案节省了50％以上的寄存器和ROM资源，单位资源下的吞吐量更大；相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法，新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明，上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端，在实际应用中具有很高的价值。 目前，LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法，及其对应的编码算法，也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间： 2013-07-26
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H.264/AVC是ITU与ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission国际标准化组织/国际电工委员会)联合推出的活动图像编码标准。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。基于上下文的自适应二进制算术编码(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的两个熵编码方案之一，相对于另一熵编码方案-CAVLC(基于上下文的自适应可变长编码)，CABAC具有更高的数据压缩率：在同等编码质量下要比CAVLC提高10％～15％的压缩率。CABAC能实现很高的数据压缩率，但这是以增加实现的复杂性为代价的。在已有的硬件实现方法上，CABAC的解码效率并不高。 论文在深入研究CABAC解码算法及其实现流程，并在仔细分析了H.264/AVC码流结构的基础上，总结出了影响CABAC解码效率的各个环节，并以此为出发点，对CABAC解码所需中的各个功能模块进行了优化设计，设计出一种新的CABAC解码器结构，相对于一般的CABAC解码器，它的解码效率得到了显著提高。论文针对影响CABAC解码过程的"瓶颈"问题一多次访问存储部件影响解码速率，提出了新的存储组织方式，并根据CABAC的码流结构特性，采用4个子解码器级联的方式来进一步提高解码速率。 最后，用Verilog语言对所设计的CABAC解码器进行了描述，用EDA软件对其进行了仿真，并在FPGA上验证了其功能，结果显示，该CABAC解码器结构显著提高了解码效率，能够满足高档次实时通讯的要求。
上传时间： 2013-07-03
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