JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IEC JTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準.與JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能夠提供更好的數據壓縮比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多種特性使得它具有廣泛的應用前景.但是,JPEG2000是一個復雜編碼系統,目前為止的軟件實現方案的執行時間和所需的存儲量較大,若想將JPEG2000應用于實際中,有著較大的困難,而用硬件電路實現JPEG2000或者其中的某些模塊,必然能夠減少JPEG200的執行時間,因而具有重要的意義.本文首先簡單介紹了JPEG2000這一新的靜止圖像壓縮標準,然后對算術編碼的原理及實現算法進行了深入的研究,并重點探討了JPEG2000中算術編碼的硬件實現問題,給出了一種硬件最優化的算術編碼實現方案.最后使用硬件描述語言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器傳輸級(Register Transfer Level,RTL描述了該硬件最優化的算術編碼實現方案,并以Altera 20K200E FPGA為基礎,在Active-HDL環境中進行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成開發環境下完成了綜合以及后仿真,綜合得到的最高工作時鐘頻率達45.81MHz.在相同的輸入條件下,輸出結果表明,本文設計的硬件算術編碼器與實現JPEG2000的軟件:Jasper[2]中的算術編碼模塊相比,處理時間縮短了30﹪左右.因而本文的研究對于JPEG2000應用于數字監控系統等實際應用有著重要的意義.
上傳時間： 2013-05-16
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準，其優良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應用領域。JPEG2000算法非常復雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內存開銷，因而通過對JPEG2000算法進行優化并采用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部內容，對加快編碼速度從而擴展其應用領域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內容，其一是JPEG2000算術編碼器算法的研究與硬件設計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優化算法的設計。在研究算術編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態機和二級流水線技術，并在不影響關鍵路徑的情況下通過對算術編碼步驟優化采用硬件描述語言對算術編碼器進行了設計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設計的復雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結合率失真理論建立了算法的數學模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數學模型的實現流程，找出影響算法效率的關鍵路徑。在對算法優化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優化算法在增加少量系統資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產生更少的失真。
上傳時間： 2013-07-13
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視頻目標識別與跟蹤技術是當今世界重要的研究課題,它涉及圖像處理、自動控制、計算機應用等學科,該文主要論述該項目的具體實現及相關理論分析,重點在于該系統的硬件模塊實現及分析.該系統的硬件模塊是典型的高速數字電路,這也是當今世界電路設計的一大熱點.同時,該系統的硬件模塊不同于傳統的模擬、數字電路.嚴格的說它是基于可編程芯片的系統(System On Programmable Chip).它與傳統電路的最大不同在于,硬件模塊本身不具備任何功能,但該硬件模塊可以與相應的軟件結合(此處,我們將FPGA中的可編程指令也廣義的歸入軟件范疇),實現相應的功能.換言之,該硬件模塊通過換用其他軟件,可以實現其他功能.所以從這個意義上講,我們也可以將其稱為基于可編程芯片的通用平臺系統(General System On Programmable Chip).此外,該文還對該系統進行了嘗試性的層狀結構描述,這種描述同樣適用于其它IT目的或電子系統.
上傳時間： 2013-04-24
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加密算法一直在信息安全領域起著極其重要的作用,它直接影響著國家的安全和發展.隨著計算機技術的飛速發展,原有的數據加密標準(DES)已不能滿足人們的保密要求.在未來的20年內,高級數據加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.在不對原有應用系統作大的改動的情況下,3-DES算法有了很大的生存空間.該文介紹了DES和3-DES算法的概要,給出了一種電路實現模型,并基于XILINX公司的FPGA器件設計了IP核,介紹了I P核設計中主要模塊的設計方法.最后對該IP核進行了分析,給出它的性能參數.該課題系統地論述了基3-DES算法的密碼IP核設計全過程.文章首先闡述了該設計的課題背景,給出了使用VHDL方法設計密碼電路的特點和研究思路和特點,然后對IP核的設計環境和密碼算法進行了介紹.在此基礎上,詳細討論了3-DES算法的密碼芯片設計方法和各個電路模塊實現的結構圖,包括算法電路、譯碼電路、接口電路和控制模塊電路等.通過對各個模塊設計的介紹,闡明了使用VHDL語言設計專用集成電路的原理和特點.
上傳時間： 2013-04-24
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摘要:"紅外弱小目標檢測"是紅外搜索跟蹤系統、紅外雷達預警系統、紅外成像跟蹤系統的核心技術,因此紅外小目標的檢測是當前一項重要的研究課題.目前的發展方向是研究運算量小、性能高、利于硬件實時實現的檢測和跟蹤算法.該文在前人研究的基礎上,著重研究了Marr視覺計算理論在紅外小目標檢測技術中的應用.從Marr算法的理論基礎——高斯平滑濾波器與拉普拉斯算子的相關知識以及Marr的計算視覺理論基礎開始,進行了 2G(Laplacian of Gaussian,高斯—拉普拉斯)濾波器、LoG(Laplacian ofGaussian,高斯—拉普拉斯)模板以及 2G濾波器在人類視覺、邊緣檢測、邊緣處理的物理意義以及神經生理學意義方面的分析討論,提出了易于FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)實現的基于Marr計算視覺的紅外圖像小目標檢測方法.該方法可根據目標大小自動設計檢測模板,在濾除不相關的噪聲的同時又保留閉合的目標邊緣,從而檢測出目標.將該方法用FPGA實現,滿足了檢測過程中的實時性.考慮到工程中的應用,該文對該方法在FPGA中的具體實現給出了設計總體思路和詳細流程.由于FPGA具有對圖像數據的實時處理能力,而且該算法在FPGA中的具體實現中對資源的合理使用進行了綜合考慮,因此該算法能夠實時、有效地實現目標檢測.并在此基礎上對小目標的檢測研究前景進行展望.
上傳時間： 2013-07-04
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傳統PLC使用時會出現一些問題，如程序死循環、程序跑飛、需要龐大的編譯系統作支持和不能實現精確位置控制等等；而發展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現場集成技術，用FPGA來實現PLC的功能，拋棄傳統PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創新概念，指出了其優越性能的結構基礎； 2.系統分析了用HardPLC實現控制系統時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統的控制實現，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統的PLC控制系統，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數據的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標準，該標準的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全數據網絡的關鍵，要保證在公眾網上傳輸的信息不被竊取和偷聽，必須對數據進行加密。在不影響網絡性能的前提下，快速實現數據加密/解密，對于開發高性能的安全路由器、安全網關等對數據處理速度要求高的通信設備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術實現AESCBC的設計中，最快的加/解密速度達到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達到1.4Gbps。但根據國外測試結果表明，即使開發的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網絡處理器，軟件加密解決方案僅能達到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前幾種實現AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現AESCBC難點基礎上，設計出一種適應于報文加密解密的硬件快速實現AESCBC的方案，在設計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現了報文解密和子密鑰展開協調工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設計方案的基礎上，全面驗證了硬件實現AESCBC方案的正確性，全面分析了本設計加密解密的性能。并且針對設計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現VPN的初步方案。實現了單一模塊加密速度達到1.16Gbps，單一模塊解密速度達到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達到6.4Gbps。 論文最后給出了總結與展望。目前實現的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進一步的驗證。要用硬件實現整個IPSec，還要進一步開發基于FPGA的技術。總之，為了適應路由器發展的需求，還有很多技術需要研究。
上傳時間： 2013-05-29
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DFT(離散傅立葉變換)作為將信號從時域轉換到頻域的基本運算,在各種數字信號處理中起著核心作用
上傳時間： 2013-08-04
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隨著安全通信數據速率的提高,關鍵數據加密算法的軟件實施成為重要的系統瓶頸.基于FPGA的高度優化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運算次數)基準.網絡的迅速發展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網絡技術進步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設計優勢,特別是新的高速版本,網絡系統設計人員可以在這些網絡設備中經濟地實現安全性支持.FPGA是實現設計靈活性和功能升級的關鍵,對于容錯、IPSec協議和系統接口問題而言這兩點非常重要.而且,FPGA還為網絡系統設計人員提供了適應不同安全處理功能以及隨著安全技術的發展方便地增加對新技術支持的能力.標準加密/解決以及認證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網絡安全系統中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結構,著重論述了加密卡上加密模塊的實現,即用FPGA實現3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實現進行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進行了闡述.在論文中,首先闡述了數據加密原理.介紹了數據加密的算法和數據加密的技術發展趨勢,并重點說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結構,遵從的是PCI2.2規范,理解并掌握PCI總線的規范是了解整個系統的重要一環,本文講述了PCI總線的特點和性能,以及總線的信號.由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時候,選用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能強,速度也非常快,但目前價格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價格低廉,產品成熟等特點,是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會對這些器件特性做相應說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實現,以Xilinx公司VIRTEXII結構的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實現3DES算法及IDEA、MD5算法的設計要點及關鍵部分的設計.
上傳時間： 2013-04-24
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小波變換是一種新興的理論，是數學發展史上的重要成果。它無論對數學還是對工程應用都產生了深遠的影響。最新的靜態圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。 本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數簡單、易于硬件實現，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設計了二維離散小波變換的硬件結構。設計過程中對標準二維小波變換做了優化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優化設計。對于邊界數據的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術，不需要額外的緩存，節約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統一起來，只要一個控制信號就可實現兩者之間的轉換。本文所提出的結構采用基于行的變換方式，只需要六行中間數據即可完成全部行數據的小波變換。采用流水線技術提高了整個設計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現結構。 在完成硬件結構設計的基礎上，使用Verilog硬件描述語言對整個設計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現，結果表明，本設計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。
上傳時間： 2013-07-25
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