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編碼技術

一種面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法及其在ARM平臺上的實現

隨著21世紀的到來,計算機技術,信息處理技術,半導體技術和網絡技術不斷發展,人類社會進入了信息化時代。與此同時,無線視頻傳感器網絡也得到了突飛猛進的發展,成為當今國際上備受關注的熱點研究領域。無線視頻傳感器網絡有著很多的優點和十分廣泛的應用前景。在軍事,工業,城市管理和監控系統等重要領域都有潛在的使用價值。無線視頻傳感器網絡有著顯著的特征,例如：網絡節點能源有限；網絡帶寬有限；對處理速度要求較高等。由此可見,傳統的視頻編碼標準無法應用于無線視頻傳感器網絡。MPEG-4,H.263,H.264等視頻編碼標準,全是基于運動估計補償實現的,計算量十分巨大,在能量,存儲空間和處理能力均有限的節點難以實現這類高復雜度的編碼算法。本文針對無線視頻傳感器網絡對視頻編碼算法的具體需求,提出一種基于運動檢測的低復雜度視頻編碼算法。該算法只對當前編碼幀中的運動對象進行編碼,并且以面向對象的結構輸出碼流。實驗結果表明,與H.264全I幀編碼相比,本文提出的算法編碼速度提高了約3倍,編碼性能提高了約2dB。與H.264基本檔次相比,雖然編碼性能略有下降,但是編碼速度平均提高了8倍左右。因此,本文提出的算法可以在編碼效率和編碼速度之間獲得很好的折衷,在一定程度上可以滿足無線視頻傳感器網絡的需求。本文選用ALDVK_270作為硬件實驗平臺。在分析算法結構的同時,結合嵌入式系統的特點,從算法,內存,高級語言和匯編語言等幾個方面提出優化方案,最終在ARM嵌入式平臺下實現了面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法。測試結果表明,與優化前相比,優化后的編碼速度有了很大的提高,對于CIF格式的監控視頻序列能夠滿足實時處理的要求。

標簽： ARM 無線視頻傳感器網絡復雜度

上傳時間： 2013-07-26

上傳用戶：小小小熊
IEEE80211a物理層關鍵技術研究——FIR濾波器與Viterbi譯碼器的FPGA實現

無線局域網(WLAN,Wireless Local Area Network)是未來移動通信系統的重要組成部分.為了滿足用戶高速率、方便靈活的接入互聯網的需求,WLAN的研究和建設正在世界范圍內如火如荼的展開.由于擺脫了有線連接的束縛,無線局域網具有移動性好、成本低和不會出現線纜故障等特點.該文對無線局域網的主流協議IEEE 802.11a的物理層實現技術進行了系統的研究和分析,并采用可編程ASIC器件FPGA,設計實現了物理層基帶處理的關鍵模塊,為今后形成具有自主知識產權的IP核奠定了基礎.該文研究內容得到了天津市信息化辦公室"寬帶無線局域網關鍵技術研究"項目經費的支持.該文在對IEEE 802.11a協議深入研究的基礎上,提出了物理層的實現方案和功能模塊劃分.重點研究了實現基帶處理的關鍵模塊:FIR濾波器、卷積碼編碼器以及(2,1,7)Viterbi譯碼器的實現算法和硬件結構.在Viterbi譯碼器的設計中,

標簽： Viterbi 80211a 80211 IEEE

上傳時間： 2013-06-19

上傳用戶：xinzhch
JPEG2000標準中算術編碼的FPGA設計與碼率控制算法的研究

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。

標簽： JPEG 2000 FPGA 標準

上傳時間： 2013-07-13

上傳用戶：long14578
JPEG2000基于位平面掃描的上下文編碼的研究和FPGA實現

JPEG2000是新一代的靜態圖像壓縮標準，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進傳輸和感興趣區域編碼等，因而它具有廣闊的應用前景，特別是在數碼相機、PDA等便攜式設備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優化截斷點的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計算復雜度遠遠高于JPEG，完全采用軟件方案實現將會占用大量的處理器時間和內存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產品、消費類電子產品中的應用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現的算法實時處理方案具有重要的應用價值。 EBCOT算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復雜的數學運算，但邏輯控制流程復雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現該算法并進行優化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎上，設計了列判斷和交錯存儲相結合的硬件實現方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進傳輸的能力，而碼流組織是獲得漸進傳輸特性的技術關鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數據包的先后順序來實現漸進傳輸的目的。本文對JPEG2000中實現漸進傳輸的機制進行了分析，并研究了碼流組織的算法實現。為了對JPEG2000算法實現進行驗證，本文設計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數據打包以及和PC機的通信。本文在該平臺上對所設計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設計進行了驗證，實驗結果表明本文設計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。

標簽： JPEG 2000 FPGA 編碼

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：獨孤求源
基于FPGA的數字調頻發射機技術研究

遙測系統由發射機、發射天線、接收天線、接收機組成.就遙測發射系統而言,傳統的模擬調制已經很成熟,模擬發射機是利用調制信號的變化來控制變容二極管的結電容容值的變化,從而改變壓控振蕩器的震蕩頻率來實現調頻;模擬調制碼速率、調制頻偏都受變容二極管特性的限制,模擬調制功能單一、調制方式不可重組、單個系統調制頻率不可改變,無法滿足頻率多變的需求;隨著高速器件和軟件無線電技術的發展,數字調制發射機具有調制中心頻率可調、頻偏可編程、調制方式可重組、調制碼速率高、可實現較高的頻響、可以與編碼器合并擴展功能很強等優點,成為今后發射機的發展主流.本論文討論了如何利用現場可編程器件FPGA結合Max+plusⅡ及VHDL語言,在遙測系統中實現了DDS+PLL+SSB模式的數字調制發射機.數字發射機設計主要包括方案選擇、系統設計、硬件電路實現及VHDL設計四個部分.論文中首先分析了目前遙測系統中使用的模擬調制發射機的不足及數字調制發射機的優點,確定了發射機的設計方案;第二章介紹了電子設計自動化工具及數字電路設計方法;第三章詳細討論了組成發射機的各個部分的原理設計;第四章著重討論了各個部分的硬件電路實現、VHDL實現部分及設計的測試結果;最后總結了設計中需要進一步研究的問題.

標簽： FPGA 數字調頻發射機技術研究

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：程嬰sky
基于FPGA的數字濾波器實現技術研究

隨著數字信號處理技術應用的不斷深入，數字信號處理系統的實現面臨著很多挑戰，其中面臨的四個主要問題是：速度、設計規模、功耗和開發周期。因此許多數字信號處理的實現方法被提出，其中基于FPGA的實現技術就是其中的重要技術之一。本文以數字信號處理系統的實現為應用背景，著重研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。本文分為兩個主要部分：第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結了FPGA設計的基本方法及設計流程，并在此基礎上介紹了一種用于產品快速開發的設計方式—基于SystemGenerator的設計方式，這種設計方式向數字信號處理系統的設計者提供了自上而下的FPGA解決方案。第二部分系統地研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實現方法，直接結構、轉置結構及分布式算法。其次，討論了針對直接結構FIR濾波器的乘法器優化技術，CSD編碼和系數分解，以及針對轉置結構FIR濾波器的乘法器優化技術，簡化加法器圖，并結合實例給出了它們的優化效果。再次，介紹了直接結構FIR濾波器中常用多操作數加法實現方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數加法結構，這種實現結構在實現采樣字長與系數字長均為l比特的FIR濾波器時，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實現方法在FPGA中應用的優缺點及其適用性，并給出了一個帶通濾波器的設計實例。論文的研究成果已應用于“北斗一號”導航定位接收機中。

標簽： FPGA 數字濾波器實現技術

上傳時間： 2013-08-01

上傳用戶：Andy123456
無線擴頻集成電路開發中信道編解碼技術研究與FPGA實現

本論文主要對無線擴頻集成電路設計中的信道編解碼算法進行研究并對其FPGA實現思路和方法進行相關研究。近年來無線局域網IEEE802.11b標準建議物理層采用無線擴頻技術，所以開發一套擴頻通信芯片具有重大的現實意義。無線擴頻通信系統與常規通信相比，具有很強的抗干擾能力，并具有信息蔭蔽、多址保密通信等特點。無線信道的特性較復雜，因此在無線擴頻集成電路設計中，加入信道編碼是提高芯片穩定性的重要方法。在了解擴頻通信基本原理的基礎上，本文提出了“串聯級聯碼+兩次交織”的信道編碼方案。串聯的級聯碼由外碼——(15，9，4)里德-所羅門(Reed-Solomon)碼，和內碼-(2，1，3)卷積碼構成，交織則采用交織深度為4的塊交織。重點對RS碼的時域迭代譯碼算法和卷積碼的維特比譯碼算法進行了詳細的討論，并完成信道編譯碼方案的性能仿真及用FPGA實現的方法。計算機仿真的結果表明，采用此信道編碼方案可以較好的改善現有仿真系統的誤符號率。本論文的內容安排如下：第一章介紹了無線擴頻通信技術的發展狀態以及國內外開發擴頻通信芯片的現狀，并給出了本論文的研究內容和安排。第二章主要介紹了擴頻通信的基本原理，主要包括擴頻通信的定義、理論基礎和分類，直接序列擴頻通信方式的數學模型。第三章介紹了基本的信道編碼原理，信道編碼的分類和各自的特點。第四章給出了本課題選擇的信道編碼方案——“串聯級聯碼+兩次交織”，詳細討論了方案中里德-所羅門(Reed-Solomon)碼和卷積碼的基本原理、編碼算法和譯碼算法。最后給出編碼方案的實際參數。第五章對第四章提出的編碼方案進行了性能仿真。第六章結合項目實際，討論了FPGA開發基帶擴頻通信系統的設計思路和方法。首先對FPGA開發流程以及實際開發的工具進行了簡要的介紹，然后給出了擴頻通信系統的總體設計。對發射和接收子系統中信道編碼、解碼等相關功能模塊的實現原理和方法進行分析。第七章對論文的工作進行總結。

標簽： FPGA 無線擴頻信道編解技術研究

上傳時間： 2013-07-18

上傳用戶：hbsunhui
Turbo碼編碼譯碼算法與FPGA實現方法的研究

本文主要研究Turbo碼的編碼和譯碼算法及其FPGA硬件實現.在概述信道編碼理論及其發展歷程之后,簡要地論述了Turbo碼的原理.然后分別對Turbo碼的MAP譯碼算法,LOG-MAP算法進行推導,在給出LOG-MAP的推導之后,提出了對于LOG-MAP譯碼算法的兩點改進,采用三階牛頓插值函數對校驗函數進行擬合,采用雙滑動窗口技術取代傳統的單滑動窗口技術.Turb碼還有一種譯碼復雜度相對較低的算法——SOVA算法,本文也給出了SOVA算法的詳細推導過程.在對LOG-MAP和SOVA算法的詳細推導之后,本文給出Turbo碼的軟件仿真,采用Matlab語言編寫Turbo碼仿真系統程序,仿真系統比較了單滑動窗口技術和雙滑動窗口技術在不同的信噪比下的譯碼性能.在軟件仿真的基礎上,本文給出了Turbo碼編碼器和采用LOG-MAP譯碼算法譯碼器的FPGA硬件實現方法.

標簽： Turbo FPGA 編碼譯碼算法

上傳時間： 2013-06-19

上傳用戶：plsee
基于FPGA的DAB信道編碼器輸入接口的設計與實現

電臺廣播在我們的社會生活中占有重要的地位。隨著我國廣播事業的發展，對我國廣播業開發技術、信號的傳輸質量和速度提出了更高更新的要求，促使廣播科研人員不斷更新現有技術，以滿足人民群眾日益增長的需求。本論文主要分析了現行廣播發射臺的數字廣播激勵器輸入接口的不足之處，根據歐洲ETS300799標準，實現了一種激勵器輸入接口的解決方案，這種方案將復接器送來的ETI(NA,G704)格式的碼流轉換成符合ETS300799標準ETI(NI)的標準碼流，并送往后面的信道編碼器。ETI(NA,G704)格式與現行的ETI(NI,G703)格式相比，主要加入了交織和RS糾錯編碼，使得信號抗干擾能力大大加強，提高了節目從演播室到發射臺的傳輸質量，特別是實時直播節目要求信號質量比較好時具有更大的作用。本論文利用校驗位為奇數個的RS碼，對可檢不可糾的錯誤發出報警信號，通過其它方法替代原有信號，對音質影響不大，節省了糾正這個錯誤的資源和開發成本。同時，我們采用FPGA硬件開發平臺和VHDL硬件描述語言編寫代碼實現硬件功能，而不采用專用芯片實現功能，使得修改電路和升級變得異常方便，大大提高了開發產品的效率，降低了成本。經過軟件仿真和硬件驗證，本系統已經基本實現了預想的功能，擴展性較好，硬件資源開銷較小，具有實用價值。

標簽： FPGA DAB 信道編碼器

上傳時間： 2013-07-15

上傳用戶：afeiafei309
基于ARM和射頻技術的工程機械遙控器的研制

隨著我國經濟的高速發展，各類建設工程越來越多，這導致了國家對工程機械的需求越來越大，要求也越來越高。在機械和液壓技術已發展成熟的今天，信息化和智能化成了工程機械進行產品性能提升的新的突破口。而無線遙控技術是信息化的一個重要方面。鑒于工程機械設備對無線遙控設備的需求，本文研制了用于工程機械的無線遙控器。因為工程機械對遙控通信的可靠性、抗干擾性和通信距離都有比較高的要求，所以本文沒有選擇紅外、藍牙等技術作為通信手段，而是選用高性能的射頻芯片ADF7020來搭建射頻模塊。在控制器方面，考慮到通信過程中需要進行非常復雜的編解碼運算，所以本文選用了運算速率較快的32位ARM核微控制器LPC2119。論文首先在對上述兩塊主芯片進行深入研究的基礎上介紹了它們的功能特點和參數性能，與此同時還介紹了嵌入式系統開發的相關知識。接著基于這兩塊芯片對遙控器的實施方案進行了設計，包括硬件系統和軟件系統兩方面的內容，這構成了論文的主體內容之一。然后論文詳細深入的研究和討論了對遙控器通信性能起關鍵作用的差錯控制系統。研究內容包括循環碼、CRC碼、RS碼和交織技術等一系列的信道編碼理論，并且給出了各種編解碼的實現方法。基于這些理論，論文設計了一種CRC碼、RS碼以及交織技術相結合的差錯控制方法并將其應用在遙控器中，實際測試證明該方法從很大程度上提升了遙控器的通信性能。此外，還實現了遙控器的跳頻功能，可以有效的抵抗同頻干擾。論文的最后簡要介紹了系統開發調試環境以及仿真工具，并總結了軟件實現過程中對一些關鍵問題的處理辦法。

標簽： ARM 射頻技術工程機械遙控器

上傳時間： 2013-05-18

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