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運算法

CCSDS圖像壓縮和AES加密算法研究及其FPGA實現

遙感圖像是深空探測和近地觀測所得數據的重要載體，在軍事和社會經濟生活領域發揮著重要作用。由于遙感圖像數據量巨大，它的存儲和傳輸已成為遙感信息應用中的關鍵問題。圖像壓縮編碼技術能降低圖像冗余度，從而減小圖像的存儲容量和傳輸帶寬，它的研究對于遙感圖像應用具有重要的現實意義。CCSDS圖像壓縮算法是空間數據系統咨詢委員會(CCSDS)提出的圖像數據壓縮算法。該算法復雜度較低，并行性好，適合于硬件實現，能實現對空間數據的實時處理，從而廣泛應用于深空探測和近地觀測。對于直接關系到軍事戰略、經濟建設等方面的遙感圖像的傳輸，必須對它進行加密處理。AES加密算法是由美國國家標準和技術研究所(NIST)于2000年發布的數據加密標準，它不但能抵抗各種攻擊，保證加密數據的安全性，而且易于軟件和硬件實現。本論文對CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法進行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS圖像壓縮算法的原理和結構，用C語言實現了算法的編解碼器，并與SPIHT算法和JPEG2000算法的性能進行了比較。 (2)研究了AES加密算法的原理和結構，用C語言實現了算法的加解密器。 (3)介紹了實現CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法的FPGA設計所選擇的軟件開發工具、開發語言和硬件開發平臺。 (4)給出了CCSDS編碼器的FPGA實現方法和實現性能。 (5)給出了AES加密器的FPGA實現方法和實現性能。本文設計的CCSDS圖像壓縮和AES加密FPGA系統運用了流水線設計、高速內存設計、模塊并行化設計和模塊串行化設計等技術，在系統速度和資源面積上取得了較好的平衡，達到了預期的設計目的。

標簽： CCSDS FPGA AES 圖像壓縮

上傳時間： 2013-07-15

上傳用戶：dylutao
CCSDS圖像壓縮算法與AES加密算法的FPGA實現研究

本文以星載圖像數據的壓縮與加密為背景，對CCSDS圖像壓縮算法和AES數據加密算法做了深入研究。文章的主要工作包括： (1)實現了CCSDS圖像壓縮算法的C程序，并且與SPIHT算法和JPEG2000算法在星載圖像壓縮領域做了簡單的對比； (2)對原始CCSDS圖像壓縮算法進行了改進。實驗結果表明，改進后的算法在提升算法性能的同時，降低了算法的復雜度； (3)研究了AES數據加密標準，并實現了該算法的C程序； (4)用VerilogHDL語言實現了CCSDS圖像壓縮算法和AES數據加密算法的編碼器； (5)在FPGA硬件平臺上，驗證了這兩種算法編碼器的正確性和有效性。

標簽： CCSDS FPGA AES 圖像壓縮

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：pwcsoft
三種SPWM波形生成算法的分析與實現

變頻技術作為現代電力電子的核心技術，集現代電子、信息和智能技術于一體。而SPWM(正弦波脈寬調制)波的產生和控制則是變頻技術的核心之一。本文對SPWM 波形生成的三種算法--對稱規則采樣法、不對稱規則

標簽： SPWM 波形分生成算法

上傳時間： 2013-04-24

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DVB信道編解碼算法研究與FPGA實現

隨著人們對于數字視頻和數字圖像的需求越來越大，數字電視廣播和手機電視迅速發展起來，但是人們對于數字圖像質量的要求也越來越高。對于觀眾來講，畫面的質量幾乎是最為重要的，然而由于信道傳輸特性不理想和加性噪聲的影響，不可避免地會產生誤碼，導致圖像質量的下降，甚至無法正常收看。因此，為了保障圖像質量就需要采用糾錯編碼(又稱信道編碼)的方式來實現通信。在數字視頻廣播系統(DVB)中，無論是衛星傳輸，電纜傳輸還是地面傳輸都采用了信道編碼。本文首先深入研究DVB標準中的信道編碼部分的關鍵技術；然后依照DVB-T標準技術要求，設計并硬件實現了數字視頻傳輸的信道編解碼系統。在該系統中，編解碼器與信源端的接口利用了MPEG-2的視頻傳輸接口同步并行接口(SPI)，這種接口的應用讓系統具有很強的通用性；與信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的數據通信設備可以直接與數字通信設備連接，這使得應用時對于信道的選擇具有較大的靈活性。在深入理解RS編解碼算法，卷積交織/解交織原理，卷積編碼/VITERBI譯碼算法原理的基礎上，本文給出了解碼部分的設計方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件實現。在RS解碼過程中引入了流水線機制，從而很大程度上提高了解碼效率。解交織器部分采用了RAM分區循環法，利用對RAM讀寫地址的控制實現解卷積交織，這種方法控制電路簡單，實現速度比較快，代價小。VITERBI譯碼器采用截尾譯碼，在幾乎不影響譯碼準確度的基礎上大大提高了解碼效率。

標簽： FPGA DVB 信道編解碼

上傳時間： 2013-07-16

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高精度電網功率因數測量加權插值FFT優化算法

高精度電網功率因數測量加權插值FFT優化算法

標簽： FFT 高精度電網功率因數

上傳時間： 2013-05-22

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Turbo碼譯碼算法研究及其FPGA實現

在通信系統中，人們一直致力于信息傳輸的有效性和可靠性的研究，信道糾錯編碼技術一直是人們研究的重點。1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優異的譯碼性能在編碼界引起了轟動，并成為研究糾錯編碼的熱點課題。經過十幾年的研究和發展，目前，Turbo碼已經走向了實用化的道路，如何用硬件實現有效的Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點。論文以基于FPGA實現Turbo碼譯碼器為研究目標，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標準的Turbo碼編碼結構和交織算法。然后重點分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和：Max-Log-MAP譯碼算法，并對三種譯碼算法進行了詳細的理論推導和計算復雜度的定量分析比較，對影響Turbo碼譯碼性能的主要因素進行了MATLB仿真分析。論文在深入分析比較上述三種譯碼算法的基礎之上，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進行了Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現。主要針對FPGA實現的數據量化、定點數據表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關鍵運算單元的FPGA設計和基于3GPP標準的Turbo碼譯碼器的內交織的FPGA設計進行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現，并利用ModelSim和MATLAB分別對譯碼器進行了功能時序驗證和FPGA定點仿真測試。

標簽： Turbo FPGA 譯碼算法研究

上傳時間： 2013-07-09

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WiMAX網絡終端基帶算法與FPGA實現

隨著全球經濟不斷增長和信息技術持續發展，越來越多用戶提出了對數據、語音和視訊等寬帶接入業務的需求。傳統的接入網技術己成為新一代寬帶通信網絡建設的瓶頸，通信網絡的寬帶化成為一個必然的趨勢。在眾多新興的接入技術中，寬帶無線接入技術以其特有的優勢成為近年來通信技術市場的最大亮點?；贗EEE802．16e的WiMAX技術作為一種面向無線城域網(WMAN)的寬帶接入方案，正以其優異的性能和廣闊的市場前景而倍受關注。本文是基于WiMAX技術的網絡終端的設計，根據IEEE802.16e協議，物理層需要對收發信息進行編解碼、調制解調等的處理，其中包含很多運算密集的算法；這些處理有些適合硬件邏輯實現，有些適合數字信號處理器實現，所以設計采用了FPGAs+DSPs的實現方式?？紤]對接收和發送數據的不同處理，在詳細分析上行和下行鏈路的工作過程的基礎上，對模塊的進行了詳細劃分，并對系統的FPGA部分進行了詳細設計。設計中本文充分考慮了FPGA和DSP之間處理的優缺點，并注意避免器件之間通信的復雜化，在滿足器件之間數據流量的同時，盡量使數據流向簡單化，避免了延時增加和接口帶寬調度的復雜化。最終整個設計完成完整的802.16e網絡終端的物理層基帶處理功能。

標簽： WiMAX FPGA 網絡終端基帶

上傳時間： 2013-06-01

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AES加、解密算法的FPGA優化設計

2000年10月2日，美國國家標準與技術研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標準，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時間內，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實現的研究就成為了國內外的熱點，會在信息安全領域得到廣泛的應用。用FPGA實現AES算法具有快速、靈活、開發周期短等優點。本論文就是針對AES加、解密算法在同一片FPGA中的優化實現問題，在深入分析了AES算法的整體結構、基本變換以及加、解密流程的基礎上，對AES算法的加、解密系統的FPGA優化設計進行了研究。主要內容為： 1．確定了實現方案以及關鍵技術，在比較了常用的結構后，采用了適合高速并行實現AES加、解密算法的結構——內外混合的流水線結構，并給出了總體的設計框圖。由于流水線結構不適用于反饋模式，為了達到較高的運算速度，該系統使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個子模塊的設計分別予以詳細分析，結合算法本身和FPGA的特點，采用查表法優化處理了字節代換運算，列混合運算和密鑰擴展運算。同時，考慮到應用環境的不同，本設計支持數據分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片FPGA中實現的這個系統的優化設計； 3．利用QLJARTUSII開發工具進行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 MODELSIM中進行仿真并給出仿真結果，給出了各個模塊和整個設計的仿真測試結果； 4．和其他類似的設計做了橫向對比，得出結論：本設計在保證了速度的基礎上實現了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優勢。

標簽： FPGA AES 解密算法

上傳時間： 2013-05-25

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H.264幀內預測算法優化及幾個重要模塊的FPGA實現

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。

標簽： FPGA 264 幀內預測算法優化

上傳時間： 2013-05-25

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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

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