H.264作为新一代视频编码标准，相比上一代视频编码标准MPEG2，在相同画质下，平均节约64﹪的码流。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构，实现灵活性极大，其规定了三个档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用，因此。H.264的编码器的设计可以根据需求的不同而不同。 H.264虽然具有优异的压缩性能，但是其复杂度却比一般编码器高的多。本文对H.264进行了编码复杂度分析，并统计了整个软件编码中计算量的分布。H.264中采用了率失真优化算法，提高了帧内预测编码的效率。在该算法下进行帧内预测时，为了得到一个宏块的预测模式，需要进行592次率失真代价计算。因此为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度，本文改进了帧内预测模式选择算法。实践证明，在PSNR值的损失可以忽略不计的情况下，该算法相比原算法，帧内编码时间平均节约60﹪以上，对编码的实时性有较大帮助。 为了实现实时编码，考虑到FPGA的高效运算速度和使用灵活性，本文还研究了H.264编码器基本档次的FPGA实现。首先研究了H.264编码器硬件实现架构，并对影响编码速度，且具有硬件实现优越性的几个重要部分进行了算法研究和FPGA.实现。本文主要研究了H.264编码器中整数DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、CAVLC编码以及反量化、逆整数DCT变换等部分。分别对这些模块进行了综合和时序仿真，并将验证后通过的系统模块下载到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，进行了在线测试，验证了该系统对输入的残差数据实时压缩编码的功能。 本文对H.264编码器帧内预测模式选择算法的改进，算法实现简单，对软件编码的实时性有很大帮助。本文对在单片FPGA上实现H.264编码器做出了探索性尝试，这对H.264编码器芯片的设计有着积极的借鉴性。
上传时间： 2013-05-25
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随着纠错编码理论研究的不断深入，纠错码的实际应用越来越广泛。卷积码作为其中重要的一种，已被大多数通信系统所采用。(2,1,7)卷积码是一种短约束长度最佳码，编、译码器易于实现，且具有较强的纠错能力。 本文研究了IEEE 802.11协议中(2,1,7)卷积码编码、交织解交织及其软判决高速Viterbi译码的实现问题。 首先介绍了IEEE 802.11无线局域网标准及规范，然后介绍了信道编解码中卷积码编码及Viterbi译码算法和FPGA 设计方法，接着通过对(2,1,7)卷积码特点的具体分析，吸取目前Viterbi译码算法和交织解交织算法的优点，采取一系列的改进措施，基于FPGA实现了IEEE 802.11信道编解码及交织和解交织系统。这些改进措施包括采用并行FIFO、改进的ACS 单元、流水式块处理结构、改进的SMDO方法、双重交织策略，使得在同样时钟速率下，系统的性能大幅度提高。最后将程序下载到Altera公司的Cyclone 系列的FPGA(型号EP1C6Q240C8)器件上进测试，并对测试结果作了简单分析。
上传时间： 2013-05-25
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随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-08-03
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现场可编程门阵列FPGA具有性能好、规模大、可重复编程、开发投资小等优点，在现代电子产品中应用得越来越广泛。随着微电子技术的高速发展，成本的不断下降，FPGA正逐渐成为各种电子产品不可或缺的重要部件。 FPGA软件复杂的设置和不同的算法、FPGA硬件多样的结构和丰富的功能、各个厂商互不兼容的软硬件等差异，都不仅使如何挑选合适的软硬件用于产品设计成为FPGA用户棘手的问题，而且使构造一个精确合理的FPGA软硬件性能的测试方法变得十分复杂。 基准测试是用一个基准设计集按照统一的测试规范评估和量化目标系统的软件或硬件性能，是目前计算机领域应用最广泛、最主要的性能测试技术。 通过分析影响FPGA软硬件性能基准测试的诸多因素，比如基准设计的挑选、基准设计的优化，FPGA软件的设置和约等，本文基于设计和硬件分类、优化策略分类的基准测试规范，提出了一组详尽的度量指标。 基准测试的规范如下，首先根据测试目的配置测试环境、挑选基准设计和硬件分类，针对不同的FPGA软硬件优化基准设计，然后按照速度优先最少优化、速度优先最大优化、资源和功耗优先最少优化、资源和功耗优先最大优化四种优化策略分别编译基准设计，并收集延时、成本、功耗和编译时间这四种性能数据，最后使用速度优先最少优化下的性能集、速度优先最少优化性能集、资源和功耗优先最少优化下的性能集、资源和功耗优先最大优化下的性能集、速度优先最少和最大优化之间性能集的差、速度优先最少优化下性能集的比较等十个度量指标量化性能，生成测试报告。 最后，本基准测试规范被应用于评估和比较Altera和Xilinx两厂商软硬件在低成本领域带处理器应用方面的性能。
上传时间： 2013-04-24
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该文探讨了以FPGA(Field Programmable Gates Array)为平台,使用HDL(Hardware Description Language)语言设计并实现符合JPEG静态图象压缩算法基本模式标准的图象压缩芯片.在简要介绍JPEG基本模式标准和FPGA设计流程的基础上,针对JPEG基本模式硬件编码器传统结构的缺点,提出了一种新的改进结构.JPEG基本模式硬件编码器改进结构的设计思想、设计结构和Verilog设计实现在其后章节中进行了详细阐述,并分别给出了改进结构中各个模块的单独测试结果.在该文的测试部分,阐述利用实际图像作为输入,从FPGA的输出得到了正确的压缩图像,计算了相应的图像压缩速度和图象质量指标,并与软件压缩的速度和结果做了对比,提出了未来的改进建议.
上传时间： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的视频压缩标准,基于MPEG-4的视频处理系统有两种体系结构:可编程结构和专用结构.可编程结构灵活,适用范围广,易于升级,但电路复杂,电路功耗大.专用视频编解码器结构硬件开销小,处理速度高.该文主要研究专用的MPEG-4视频编解码芯片设计方法.目前市场上MPEG-4视频编解码芯片主要是Simple Profile级别的,而我们设计的芯片要实现Advanced Simple Profile级别.该文采用了一种基于大规模FPGA的软硬件相结的芯片设计方案,我们设计了基于FPGA的MPEG-4芯片设计开发平台,完成算法的硬件仿真与测试.论文围绕基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统设计,分为两个部分.第一部分介绍了目前国内外实现MPEG-4视频处理系统的主要方法和应用,概述了国际上MPEG-4视频编解码芯片设计的一般方法及其发展趋势,详细描述了我们的基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统的结构.第二部分重点讲述了基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统各个电路模块的设计,包括电源模块、FPGA配置模块、时钟生成模块、视频输入/输出模块、RS232串口模块、以太网接口模块、USB接口模块等.同时也介绍了I
上传时间： 2013-06-15
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随着星载电子系统复杂度、小型化需求的提高，SoC已经成为应对未来星载电子系统设计需求的解决途径。为了简化设计流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC设计中引入了称之为平台的体系结构模板，用它来描述采用已有的标准核来开发SoC的方法。在星载电子系统中常用部件的分类设计，最终建立一个包括多种功能部件，互连部件和处理部件的设计平台，从而有效的提高星载电子系统的设计能力。在当前NASA和ESA的空间应用中，PCI总线广泛作为背板总线和局部总线，有鉴于此，本研究选择PCI总线作为星载电子系统设计平台要提供的一个互连部件对其进行设计。 针对这一需求，本论文采用自项向下的设计方法对PCI总线从设备控制器的设计与实现进行了研究，对PCI总线协议做了深刻的分析，完成了PCI总线目标设备控制器的设计，采用Verilog HDL对其进行了RTL级的描述。 在该课题的研究中，采用了目前集成电路设计中常见的自顶向下设计方法，使用硬件描述语言Verilog HDL对其进行描述，重点分析了PCI总线设备控制器的设计。以PCI总线协议的分析和理解为基础，对PCI总线设备控制器进行了功能分析和结构划分。根据PCI总线设备控制器的功能和结构划分，对PCI总线目标设备控制器的设计思路和各个子模块电路的设计和实现进行了详细的分析阐述，并且通过编写测试激励程序完成了功能仿真。应用FPGA作为物理验证和实现载体，进行了面向FPGA的电路综合，进行了布局布线后的时序仿真，证明所实现的PCI目标设备控制器符合基本功能要求，在以上基础上完成了PCI目标设备控制器的FPGA实现。通过这整个论文的工作，按照设计、仿真、综合验证及布局布线的步骤，完成了PCI总线目标设备控制器IP软核的设计。
上传时间： 2013-06-07
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随着信息社会的发展，人们要处理的各种信息总量变得越来越大，尤其在处理大数据量与实时处理数据方面，对处理设备的要求是非常高的。为满足这些要求，实时快速的各种CPU、处理板应运而生。这类CPU与板卡处理数据速度快，效率高，并且不断的完善与发展。此类板卡要求与外部设备通讯，同时也要进行内部的数据交换，于是板卡的接口设备调试与内部数据交换也成为必须要完成的工作。本文所作的工作正是基于一种高速通用信号处理板的外部接口和内部数据通道的设计。 本文首先介绍了通用信号处理板的应用开发背景，包括此类板卡使用的处理芯片、板上设备、发展概况以及和外部相连的各种总线概况，同时说明了本人所作的主要工作。 其次，介绍了PCI接口的有关规范，给出了通用信号处理板与CPCI的J1口的设计时序；介绍了DDR存储器的概况、电平标准以及功能寄存器，并给出了与DDR．存储器接口的设计时序；介绍了片上主要数据处理器件TS-202的有关概况，设计了板卡与DSP的接口时序。 再次，介绍了Altera公司FPGA的程序设计流程，并使用VHDL语言编程完成各个模块之间的数据传递，并重点介绍了DDR控制核的编写。 再次，介绍了WDM驱动程序的结构，程序设计方法等。 最后，通过从工控机向通用信号处理板写连续递增的数据验证了整个系统已经正常工作。实现了信号处理板内部数据通道设计以及与外部接口的通讯；并且还提到了对此设计以后地完善与发展。 本文所作的工作如下： 1、设计完成了处理板各接口时序，使处理板可以从接口接受/发送数据。 2、完成了FPGA内部的数据通道的设计，使数据可以从CPCI准确的传送到DSP进行处理，并编写了DSP的测试程序。 3、完成了DDR SDRAM控制核的VHDL程序编写。 4、完成了PCI驱动程序的编写。
上传时间： 2013-06-30
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加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.
上传时间： 2013-06-20
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本文研究基于ARM与FPGA的高速数据采集系统技术。论文完成了ARM+FPGA结构的共享存储器结构设计，实现了ARMLinux系统的软件设计，包括触摸屏控制、LCD显示、正弦插值算法设计以及各种显示算法设计等。同时进行了信号的高速采集和处理的实际测试，对实验测试数据进行了分析。 论文分别从软件和硬件两方面入手，阐述了基于ARM处理器和FPGA芯片的高速数据采集的硬件系统设计方法，以及基于ARMLinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，在FPGA平台上，我们首先利用乒乓操作的方式将一路高速数据信号转换成频率为原来频率1/4的4路低速数据信号，再将这四路数据分别存储到4个FIFO中，然后再对这4个FIFO中的数据拼接并存储在FPGA片上的双端口双时钟RAM中，最后将FPGA的双端口双时钟RAM挂载到ARM系统的总线上，实现了ARM和FPGA共享存储器的系统结构，使ARM处理器可以直接读取这个双端口双时钟的RAM中的数据，从而大大提高了数据采集与处理的效率。在采样频率控制电路设计方面，我们通过使FIFO的数据存储时钟降低为标准状态下的1/n实现数据采集频率降为标准状态的1/n，从而实现了由FPGA控制的可变频率的数据采集系统。 软件方面，为了更有效地管理和拓展系统功能，我们移植了ARMLinux操作系统，并在S3C2410平台上设计实现了基于Linux操作系统的触摸屏驱动程序设计、LCD驱动程序移植、自定义的FPGA模块驱动程序设计、LCD显示程序设计、多线程的应用程序设计。应用程序能够控制FPGA数据采集系统工作。 在前端采样频率为125MHz情况下，系统可以正常工作。能够实现对频率在5MHz以下的信号波形的直接显示；对5MHz至40MHz的信号，使用正弦插值算法进行处理，显示效果良好。同时这种硬件结构可扩展性强，可以在此基础上实现8路甚至16路缓冲的系统结构，可以使系统支持更高的采样频率。
上传时间： 2013-07-04
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