調(diào)整視頻圖像的分辨率需要視頻縮放技術(shù)。如果圖像縮放技術(shù)的處理速度達到實時性要求就可以應(yīng)用于視頻縮放。 傳統(tǒng)圖像縮放技術(shù)利用插值核函數(shù)對已有像素點進行插值重建還原圖像。本文介紹了圖像插值的理論基礎(chǔ)一采樣定理，并對理想重建函數(shù)Sinc函數(shù)進行了討論。本文介紹了常用的線性圖像插值技術(shù)及像素填充、自適應(yīng)插值和小波域圖像縮放等技術(shù)。然后，本文討論了分級線性插值算法的思想，設(shè)計并實現(xiàn)了FPGA上的分級雙三次算法。最后本文對各種算法的縮放效果進行了分析和討論。 本文在分析現(xiàn)有視頻縮放算法基礎(chǔ)之上，提出了分級線性插值算法，并應(yīng)用在簡化線性插值算法中。分級線性插值算法以犧牲一定的計算精度為代價，用查找表代替乘法計算，降低了算法復(fù)雜度。本文設(shè)計并實現(xiàn)了分級雙三次插值算法，詳細說明了板上系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)。最后本文將分級線性插值算法與原線性插值算法效果圖進行比較，比較結(jié)果顯示分級插值算法與原算法誤差較小，在放大比例較小時可以取代原算法。結(jié)果證明分級雙三次線性插值算法的FPGA實現(xiàn)能夠滿足額定幀頻，可以進行實時視頻縮放。
上傳時間： 2013-04-24
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Scaler是平板顯示器件(FPD，F(xiàn)lat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉(zhuǎn)換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎(chǔ)上，采用自上而下(Top-down)的設(shè)計方法，給出了scaler的設(shè)計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調(diào)，也可以以IP core的形式應(yīng)用于相關(guān)圖像處理芯片中。 圖像縮放內(nèi)核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定著縮放性能的優(yōu)劣，也是控制芯片成本的關(guān)鍵。因此，本文從縮放內(nèi)核的結(jié)構(gòu)入手，對scaler的總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優(yōu)化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復(fù)雜度。FPGA設(shè)計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結(jié)構(gòu)，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。使用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：行列縮放可以同時進行，數(shù)據(jù)處理的可靠性高、速度快：內(nèi)核結(jié)構(gòu)簡單明了,數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小合適，便于設(shè)計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設(shè)計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數(shù)計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設(shè)計使用Verilog HDL對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統(tǒng)仿真，證明該scaler的設(shè)計達到了預(yù)期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩(wěn)定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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在幾乎所有現(xiàn)代通訊和計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，安全問題都起著非常重要的作用。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的迅速發(fā)展，對安全的要求也逐漸加強。目前影響最大的三類公鑰密碼是RSA公鑰密碼、EIGamal公鑰密碼和橢圓曲線公鑰密碼。但超橢圓曲線密碼是比橢圓曲線密碼更難攻破的密碼體制，且可以在更小的基域上達到與橢圓曲線密碼相同的安全程度。雖然超橢圓曲線密碼體制在理論上已經(jīng)基本成熟，但由于它的計算復(fù)雜性大，所以在具體實現(xiàn)上還需要進一步研究。實現(xiàn)超橢圓曲線密碼系統(tǒng)，對于增強信息系統(tǒng)的安全性和研究更高強度的加密系統(tǒng)都有著重要的理論意義和較高的應(yīng)用價值，相信超橢圓曲線密碼系統(tǒng)將會有更好的應(yīng)用前景。 對于密碼系統(tǒng)，我們希望它占用的空間更少，實現(xiàn)的時間更短，安全性更高。論文研究超橢圓曲線密碼中的加密算法，對主要算法進行實現(xiàn)比較并提出軟硬協(xié)調(diào)思想實現(xiàn)超橢圓曲線密碼系統(tǒng)就是為了達到這個目標。 論文先介紹了超橢圓曲線密碼系統(tǒng)中有限域上的兩個核心運算——有限域乘法運算和有限域求逆運算。對有限域乘法運算的全串行算法和串并混合算法在FPGA上用VHDL語言進行了實現(xiàn)，并對它們的結(jié)果進行對比，重點在于對并行度不同的串并混合算法進行實現(xiàn)比較，找到面積和速度的最佳結(jié)合點。通過對算法的實現(xiàn)和比較，發(fā)現(xiàn)理論上面積和速度協(xié)調(diào)性較好的8位串并混合算法在實際中協(xié)調(diào)性并不是很好，最終得出結(jié)論，在所做實驗的四種情況中，面積和速度協(xié)調(diào)性較好的算法是4位串并混合算法。隨后論文對有限域求逆運算的三種算法在FPGA上用VHDL語言進行實現(xiàn)比較，找到單獨實現(xiàn)有限域求逆運算較好的算法(MIMA域求逆算法)和可以與域乘法運算相結(jié)合的算法(使用域乘法求逆的算法)，為軟硬協(xié)調(diào)實現(xiàn)超橢圓曲線系統(tǒng)思想的提出打下基礎(chǔ)。 論文然后提出了軟硬協(xié)調(diào)的方法實現(xiàn)超橢圓曲線系統(tǒng)的思想，并對整個系統(tǒng)進行了軟硬件部分的劃分。通過分析，將標量乘算法，除子算法和多項式環(huán)算法劃分到軟件部分，并對其中的標量乘運算進行了詳細的分析介紹，將有限域算法歸于硬件部分并對其進行了簡單描述。在最后對全文進行總結(jié)，提出進一步需要開展的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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LDPC(Low Density Parity Check)碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，最初由Gallager發(fā)現(xiàn)，故亦稱Gallager碼.它和著名Turbo碼相似，具有逼近香農(nóng)限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來信道編碼界研究的熱點。 LDPC碼的奇偶校驗矩陣呈現(xiàn)稀疏性，其譯碼復(fù)雜度與碼長成線性關(guān)系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復(fù)雜度問題，使長編碼分組的應(yīng)用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼分組時，相距很遠的信息比特參與統(tǒng)一校驗，這使得連續(xù)的突發(fā)差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發(fā)差錯的特性。 本文首先介紹了LDPC碼的基本概念和基本原理，其次，具體介紹了LDPC碼的構(gòu)造和各種編碼算法及其生成矩陣的產(chǎn)生方法，特別是準循環(huán)LDPC碼的構(gòu)造以及RU算法、貪婪算法，并在此基礎(chǔ)上采用貪婪算法對RU算法進行了改進。 最后，選用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，實現(xiàn)了碼長為504的基于RU算法的LDPC編碼器。在設(shè)計過程中，為節(jié)省資源、提高速度，在向量存儲時采用稀疏矩陣技術(shù)，在向量相加時采用通過奇校驗直接判定結(jié)果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避開了復(fù)雜的矩陣求逆運算。結(jié)果表明，該編碼器只占用約10％的邏輯單元，約5％的存儲單元，時鐘頻率達到120MHz，數(shù)據(jù)吞吐率達到33Mb/s，功能上也滿足編碼器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標準僅設(shè)定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測編碼的效率。在該算法下進行幀內(nèi)預(yù)測時，為了得到一個宏塊的預(yù)測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測模式選擇的計算復(fù)雜度，本文改進了幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現(xiàn)實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實現(xiàn)架構(gòu)，并對影響編碼速度，且具有硬件實現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法的改進，算法實現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設(shè)計有著積極的借鑒性。
標簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測
上傳時間： 2013-06-13
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H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯(lián)合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術(shù)標準，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264/AVC的應(yīng)用亮點。在同樣的視覺質(zhì)量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率。但H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計其編碼的計算復(fù)雜度大約為H.263的3倍，因此很難應(yīng)用于實時視頻處理領(lǐng)域。針對這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)做了大量的研究工作，力圖降低其計算復(fù)雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面，國內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)很成熟。而針對幀內(nèi)/幀間預(yù)測編碼的研究卻較少。因此研究預(yù)測模式的快速算法具有理論意義和應(yīng)用價值。 本文在詳細研究H.264標準視頻壓縮編碼特點基礎(chǔ)上，分析了H.264幀內(nèi)編碼, 幀間編碼及變換，量化技術(shù)的原理及特點，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內(nèi)模式判決算法，通過結(jié)合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數(shù)目。它采用了Sobel梯度算子計算當(dāng)前塊的邊緣信息，累加當(dāng)前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構(gòu)造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預(yù)測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復(fù)雜度，在并未顯著降低編碼性能的情況下提升了編碼器效率。仿真表明：Foreman 圖像序列編碼性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，這大大提高了視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。 另外在幀間預(yù)測模式選擇算法方面進行了改進研究：按順序?qū)Σ煌愋瓦M行判決，有選擇地去比較可能模式，使得在有效減少需判決的模式數(shù)量的同時，結(jié)合小塊模式搜索中途停止準則來確定最優(yōu)模式。仿真表明：改進算法相對與原來算法能夠節(jié)省很多的編碼時間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質(zhì)星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。 同時在整數(shù)DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對4×4點數(shù)據(jù)做一次變換，只需通過8×8次加法和2×8次移位運算便可完成，與原來12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運算復(fù)雜度。 最后介紹FPGA的特點及設(shè)計流程，并實現(xiàn)了H.264編解碼器中變換編碼及量化和熵解碼模塊的硬件。這種基于FPGA所實現(xiàn)的H.264編碼視頻處理模塊設(shè)計具備了成本低，周期短，設(shè)計方法靈活等優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。 仿真表明，通過使用本文提出的幀內(nèi)/幀間速算法方法可使得H.264編碼速度獲得顯著的提高，使H.264 Baseline編碼器能在PC平臺上實現(xiàn)實時編碼。
上傳時間： 2013-07-18
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為了克服傳統(tǒng)的局部特征匹配算法對噪聲和圖像灰度非線性變換敏感的不足，提出了基于SIFT（Scale Invariant Feature Transform）描述算子的特征匹配算法。該算法首先
上傳時間： 2013-04-24
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可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)越來越多的應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的ASIC(專用集成電路)和DSP(數(shù)字信號處理器)相比，基于FPGA和CPLD實現(xiàn)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)具有更高的實時性和可嵌入性，能夠方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的集成與功能擴展。 FFT的硬件結(jié)構(gòu)主要包括蝶形處理器、存儲單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內(nèi)引入流水線結(jié)構(gòu)，提高了FFT的運算速度。同時，流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項，這樣在設(shè)計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器，降低了硬件電路的復(fù)雜度。 為了進一步提高FFT的運算速度，本文在深入研究各種乘法器算法的基礎(chǔ)上，為蝶形處理器設(shè)計了一個并行乘法器。在實現(xiàn)該乘法器時，本文采用改進的布斯算法，用以減少部分積的個數(shù)。同時，使用華萊士樹結(jié)構(gòu)和4-2壓縮器對部分積并行相加。 本文以32點復(fù)數(shù)FFT為例進行設(shè)計與邏輯綜合。通過設(shè)計相應(yīng)的存儲單元，地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結(jié)果與軟件計算結(jié)果相符，證明了本文所提出的算法的正確性。 另外，本文還對設(shè)計結(jié)果提出了進一步的改進方案，在乘法器內(nèi)加入一級流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當(dāng)前速度的兩倍，這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。
上傳時間： 2013-07-18
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本文主要對基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實現(xiàn)及優(yōu)化設(shè)計進行了研究。由于點乘運算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對點乘運算的FPGA設(shè)計進行了重點優(yōu)化。首先比較分析了三種點乘算法，從運算復(fù)雜度的角度確定了蒙哥馬里算法是最利于FPGA芯片實現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語言實現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過三種模乘算法在FPGA上的實現(xiàn)，設(shè)計出一種串并混合的乘法器，達到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對本課題設(shè)計的硬件系統(tǒng)進行了仿真實驗，驗證了所設(shè)計的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進行綜合及布局布線，綜合報告文件證明了本課題所設(shè)計的ECC加密系統(tǒng)達到了優(yōu)化芯片速度和面積的目的。
標簽： FPGA ECC 密碼算法 優(yōu)化設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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在信息化發(fā)展的當(dāng)前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領(lǐng)域，起著越來越重要的作用。數(shù)字視頻的海量性成為阻礙其應(yīng)用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關(guān)注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數(shù)進行可變長編碼（VLC）消除統(tǒng)計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網(wǎng)絡(luò)即將商用的推動，H．264以其優(yōu)秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設(shè)備都具有廣闊的應(yīng)用前景。 但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復(fù)雜度的成倍增加，實際應(yīng)用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現(xiàn)的對應(yīng)算法代碼多基于PC通用處理器實現(xiàn)，而嵌入式設(shè)備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應(yīng)算法進行優(yōu)化移植，才能滿足實際應(yīng)用的需求。 本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應(yīng)優(yōu)化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結(jié)果。本文主要完成的工作如下： 詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應(yīng)的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現(xiàn)，PC測試實驗證明了算法改進的優(yōu)越性和運算優(yōu)化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結(jié)構(gòu)和對應(yīng)代碼進行優(yōu)化之后，將其移植到WINCE系統(tǒng)之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結(jié)果與性能做出了評價。
上傳時間： 2013-06-04
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