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,在相同畫質下,平均節約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構,實現靈活性極大,其規定了三個檔次,每個檔次支持一組特定的編碼功能,并支持一類特定的應用,因此。H.264的編碼器的設計可以根據需求的不同而不同。 H.264雖然具有優異的壓縮性能,但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析,并統計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優化算法,提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時,為了得到一個宏塊的預測模式,需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度,本文改進了幀內預測模式選擇算法。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,幀內編碼時間平均節約60﹪以上,對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現實時編碼,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。首先研究了H.264編碼器硬件實現架構,并對影響編碼速度,且具有硬件實現優越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現。本文主要研究了H.264編碼器中整數DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數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,驗證了該系統對輸入的殘差數據實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進,算法實現簡單,對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片FPGA上實現H.264編碼器做出了探索性嘗試,這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間: 2013-06-13
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H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術標準,在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264/AVC的應用亮點。在同樣的視覺質量前提下,H.264/AVC比H.263和MPEG-4節約了50%的碼率。但H.264獲得優越性能的代價是計算復雜度的增加,據估計其編碼的計算復雜度大約為H.263的3倍,因此很難應用于實時視頻處理領域。針對這一現狀,業內做了大量的研究工作,力圖降低其計算復雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面,國內外在這方面的研究已經很成熟。而針對幀內/幀間預測編碼的研究卻較少。因此研究預測模式的快速算法具有理論意義和應用價值。 本文在詳細研究H.264標準視頻壓縮編碼特點基礎上,分析了H.264幀內編碼, 幀間編碼及變換,量化技術的原理及特點,提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內模式判決算法,通過結合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數目。它采用了Sobel梯度算子計算當前塊的邊緣信息,累加當前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構造不同模式下的邊緣方向直方圖,以便確定最可能的預測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復雜度,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的質量。 另外在幀間預測模式選擇算法方面進行了改進研究:按順序對不同類型進行判決,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量的同時,結合小塊模式搜索中途停止準則來確定最優模式。仿真表明:改進算法相對與原來算法能夠節省很多的編碼時間(平均下降了49.3%),但帶來的圖像質星的下降(平均下降0.08dB,可以忽略)和碼率較少的增加。 同時在整數DCT變換模塊中,提出了一種快速蝶形算法,使得對4×4點數據做一次變換,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雜度。 最后介紹FPGA的特點及設計流程,并實現了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所實現的H.264編碼視頻處理模塊設計具備了成本低,周期短,設計方法靈活等優點,具有廣闊的市場應用前景。 仿真表明,通過使用本文提出的幀內/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平臺上實現實時編碼。
上傳時間: 2013-07-18
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步,基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一,根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測,該領域的收入的年增長率30-50%,到2008年,全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性,穩定性,方便快捷的特點,恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術,也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核,可以將它嵌入FPGA內部,與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較,嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究,結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點,對算法進行了合理的選擇與優化,形成了一套完整的指紋識別算法,并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面: 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進,提高了算法的性能;設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構;提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高,可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本,同時提升系統的性能的原則,使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統,然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片,外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件,設計了一個便攜式指紋識別系統,提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證,實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口,并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢,具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間: 2013-06-07
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本論文依據IEEE802.16a物理層對RS-CC碼的參數要求,研究了RS-CC碼的高速編、譯碼的VLSI硬件算法,同時對FPGA開發技術進行了研究,以VerilogHDL為描述語言,在Xilinx公司的FPGA上實現了高速的RS-CC編、譯碼器。RS譯碼器中,錯誤位置多項式和錯誤值多項式的求解采用無求逆單元,并具有規則數據流、易于VLSI實現的改進的歐幾里德算法(MEA);CC譯碼器由采用模歸一化路徑度量的全并行的“加比選(ACS)”模塊和具有脈動陣列結構的幸存路徑回溯模塊組成。 在實現RS-CC譯碼器的過程中,分別從算法上和根據FPGA的結構特點上,對譯碼器做了一些優化工作,降低了硬件資源占有率和提高了譯碼速度。 此外,還搭建了以Xilinx公司40萬等效門的FPGASpartan-Ⅲ400-4PQ208為主體,以Cypress公司的USB2.0芯片CY7C68013為高速數據接口的硬件試驗平臺,并在此試驗平臺上實現了文中的高速RS-CC編譯碼系統。
上傳時間: 2013-06-03
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比例-積分-微分(PID)是過程控制中最常用的一種控制算法。算法簡單而且容易理解,應用十分廣泛。但由于應用領域的不同,功能上差別很大,系統的控制要求及關心的控制對象也不相同。數字PID控制比連續PID控制更為優越,因為計算機程序的靈活性,很容易克服連續PID控制中存在的問題,經修正而得到更完善的數字PID算法。本文以三相全控整流橋阻性負載為實際電路,控制主電路電壓,旨在提出一種智能數字PID控制系統的設計思路,并給出了詳細的硬件設計及初步軟件設計思路。 PID控制系統采用高性能、低功耗的ARM微處理器S3C44BO作為核心處理單元,內部的10位ADC作為信號采集模塊,采用了矩陣鍵盤和640*480的液晶作為人機接口;串口作為通信模塊實現了上位機的監控。采用芯片內部自帶的PWM模塊,輸出16M Hz PWM信號并經過一階低通濾波器得到0~5V的控制信號用于觸發主電路控制器,實現PID整定。 軟件方面,分析和研究了uC/OSⅡ的內核源碼,實現了其在32位微處理器上的移植,作為管理各個子程序執行的系統軟件。選用了圖形處理軟件uC/GUI用于完成LCD顯示及控制。PID算法采用了增量式數字PID算法,采用規一化算法進行參數選取。上位機部分采用了C#語言進行編寫。另外,采用了RTC(Real Time Clock)作為系統時鐘,可以實現系統的定時運行、定時模式切換等。在上位機上也可以方便的控制程序的執行,實現遠程監控。 在論文的最后詳細的介紹了智能PID控制系統在三相全控橋主電路中的具體應用。總結了調試中遇到的問題,對今后工作中需要進一步改善和探索的地方進行了展望。
上傳時間: 2013-08-01
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在現代電網中,隨著超高壓、大容量、遠距離輸電線路的不斷增多,對電力系統的安全穩定運行提出了更高、更嚴格的要求。距離保護作為線路保護的基本組成部分,其工作特性對電力系統的安全穩定運行有著直接和重要的影響。為了適應現代超高壓電網穩定運行的要求,微機保護裝置在硬件和軟件上都提出了越來越高的要求。 高速數字信號處理芯片(DSP)技術的發展,為開發一種速度快、處理能力強的微機保護系統奠定了基礎。在這樣的背景下,我們采用DSP芯片和ARM處理器,設計了一個并列式雙處理器微機保護系統。該系統采用一個DSP芯片負責控制數據采集、采樣數據處理,實現保護功能。ARM微處理器承擔人機接口管理,通過串行通信方式實現與DSP端口之間的數據通信,豐富的通訊接口,使得與上位機的通訊、下載程序定值靈活方便。新的微機保護裝置不斷推出,投入運行的微機保護裝置不允許用來進行試驗、培訓,該裝置還可作為試驗教學系統,供學生學習認識微機保護裝置的內部結構,并可自行設計保護算法、編制程序,通過上位機下載到實驗裝置,完成相應保護功能的測試。 本文實現了微機保護方案的整體軟硬件設計,內容包括DSP2812微處理器芯片,ARM7微處理器LPC2220芯片,開關量輸入/輸出電路、數據采集電路、通訊和網絡接口電路、人機界面的顯示板電路,文中對各部分電路的功能、特點以及器件的選擇、引腳連接進行了詳細介紹。系統采用模塊化設計,采用雙CPU并行處理模式,針對基于LPC2220微處理器的監控管理系統,完成了最小系統設計,詳細完成了啟動電路的設計。 本文初步設計了人機操作界面,給出了軟件設計的流程圖,將實時操作系統μC/OS-Ⅱ與模塊化硬件設計相結合,共同構成一個可以重復利用的軟硬件數字系統平臺,除了可以最大限度地提高開發的效率、減少資源的浪費外,還可以通過長期對于該平臺的研究,逐步優化平臺軟硬件資源,提高其性能,并滿足日益復雜的應用需求。
上傳時間: 2013-04-24
上傳用戶:superhand
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,在相同畫質下,平均節約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構,實現靈活性極大,其規定了三個檔次,每個檔次支持一組特定的編碼功能,并支持一類特定的應用,因此。H.264的編碼器的設計可以根據需求的不同而不同。 H.264雖然具有優異的壓縮性能,但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析,并統計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優化算法,提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時,為了得到一個宏塊的預測模式,需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度,本文改進了幀內預測模式選擇算法。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,幀內編碼時間平均節約60﹪以上,對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現實時編碼,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。首先研究了H.264編碼器硬件實現架構,并對影響編碼速度,且具有硬件實現優越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現。本文主要研究了H.264編碼器中整數DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數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,驗證了該系統對輸入的殘差數據實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進,算法實現簡單,對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片FPGA上實現H.264編碼器做出了探索性嘗試,這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間: 2013-05-25
上傳用戶:refent
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
上傳用戶:wangzhen1990
隨著圖像處理和模式識別技術的進步,基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一,根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測,該領域的收入的年增長率30-50%,到2008年,全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性,穩定性,方便快捷的特點,恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術,也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核,可以將它嵌入FPGA內部,與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較,嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究,結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點,對算法進行了合理的選擇與優化,形成了一套完整的指紋識別算法,并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面: 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進,提高了算法的性能;設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構;提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高,可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本,同時提升系統的性能的原則,使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統,然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片,外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件,設計了一個便攜式指紋識別系統,提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證,實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口,并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢,具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間: 2013-07-28
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術,它具有頻譜利用率高、抗多徑能力強等特點,在寬帶無線多媒體通信領域中受到了廣泛的關注。 OFDM系統可分為連續工作模式和突發工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等無線局域網標準中采用了OFDM的突發工作模式,該模式下的接收機首先對符合某種特定格式的幀做出檢測。本文介紹了一種基于最小錯誤概率準則的幀檢測算法,提出了該算法的FPGA實現方案。 同步技術是OFDM最關鍵的技術之一,它包括載波頻率同步和符號同步。載波頻率同步是為了糾正接收端相對于發送端的載波頻率偏移,以保證子載波間的正交性;符號同步確定OFDM符號有用數據信息的開始時刻,也就是確定FFT窗的開始時刻。本文首先介紹了一種基于自相關的載波頻率同步算法,給出了它的FPGA實現方案,重點講述了其中用到的Cordic算法及其實現;然后介紹了分別基于互相關和自相關的兩種符號同步算法,給出了各自的FPGA實現方案,從實現的角度比較了兩種算法的優缺點,并且在FPGA設計中體現了面積復用和流水線操作的設計思想。 文章最后介紹了系統調試的情況,總結出一種ChipScopePro與Matlab相結合的調試方法,該方法在FPGA調試方面具有一定的通用性。
上傳時間: 2013-07-16
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