Turbo码是一类并行级联的系统卷积码，它是在综合级联码、最大后验概率(MAP)译码、软输入软输出及迭代译码等理论基础上的一种创新。Turbo码的基本原理是通过对编码器结构的巧妙设计，多个子码通过交织器隔离进行并行级联编码输出，增大了码距。译码器则以类似内燃机引擎废气反复利用的机理进行迭代译码以反复利用有效信息流，从而获得卓越的纠错能力。计算机仿真表明，Turbo码不但在加性高斯噪声信道下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力，当交织长度足够长时，其纠错性能接近香农极限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA技术具有大规模、高集成度、高可靠性、设计周期短、投资小、灵活性强等优点，逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想选择。 本论文以东南大学移动通信实验室B3G课题组提出的“支持多天线的广义多载波无线传输技术”(MIMO-GMC)为背景，分析了Turbo译码算法，并针对MIMO-GMC系统的迭代接收机中所采用的外信息保留和联合检测译码迭代的特点，完成了采用滑动窗Log-MAP算法的软输入、软输出的Turbo译码器的设计。整个译码器模块的设计采用Verilog语言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上实现。
上传时间： 2013-04-24
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该论文讨论如何采用一种串行无逆的Berlekamp-Massey(BM)算法,设计应用于DVB系统中的RS(204,188)信道编码/解码电路,并通过FPGA的验证.RS解码器的设计采用无逆BM算法,并利用串行方式来实现,不仅避免了求逆运算,而且只需用3个有限域乘法器就可以实现,大大的降低了硬件实现的复杂度,并且因为在硬件实现上,采用了3级流水线(pipe-line)的处理结构.RS编码器的设计中,利用有限域常数乘法器的特性对编码电路进行优化.这些技术的采用大大的提高了RS编/解码器的效率,节省了RS编/解码器所占用资源.
上传时间： 2013-08-05
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IEC JTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准.与JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能够提供更好的数据压缩比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多种特性使得它具有广泛的应用前景.但是,JPEG2000是一个复杂编码系统,目前为止的软件实现方案的执行时间和所需的存储量较大,若想将JPEG2000应用于实际中,有着较大的困难,而用硬件电路实现JPEG2000或者其中的某些模块,必然能够减少JPEG200的执行时间,因而具有重要的意义.本文首先简单介绍了JPEG2000这一新的静止图像压缩标准,然后对算术编码的原理及实现算法进行了深入的研究,并重点探讨了JPEG2000中算术编码的硬件实现问题,给出了一种硬件最优化的算术编码实现方案.最后使用硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL描述了该硬件最优化的算术编码实现方案,并以Altera 20K200E FPGA为基础,在Active-HDL环境中进行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成开发环境下完成了综合以及后仿真,综合得到的最高工作时钟频率达45.81MHz.在相同的输入条件下,输出结果表明,本文设计的硬件算术编码器与实现JPEG2000的软件:Jasper[2]中的算术编码模块相比,处理时间缩短了30﹪左右.因而本文的研究对于JPEG2000应用于数字监控系统等实际应用有着重要的意义.
上传时间： 2013-05-16
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IECJTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准，其优良的压缩特性使得它将具有广泛的应用领域。JPEG2000算法非常复杂，图像编码过程占用了大量的处理器时间开销和内存开销，因而通过对JPEG2000算法进行优化并采用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部内容，对加快编码速度从而扩展其应用领域有重要的意义。 本文的研究主要包括两方面的内容，其一是JPEG2000算术编码器算法的研究与硬件设计，其二是JPEG2000码率控制算法的研究与优化算法的设计。在研究算术编码器过程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算术编码器的编码原理和编码流程，之后采用有限状态机和二级流水线技术，并在不影响关键路径的情况下通过对算术编码步骤优化采用硬件描述语言对算术编码器进行了设计，并通过了功能仿真与综合。实验证明该设计不但编码速度快，而且流水线短，硬件设计的复杂度低且易于控制。 在研究码率控制算法过程中，首先结合率失真理论建立了算法的数学模型，并验证了该算法的有效性，之后深入分析了该数学模型的实现流程，找出影响算法效率的关键路径。在对算法优化时采用黄金分割点算法代替原来的二分查找法，并使用了码块R-D斜率最值记忆和码率误差控制算法。实验证明，采用优化算法在增加少量系统资源的情况下使得计算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理论与JPEG2000中PCRD-opt算法的具体实现，又提出了一种失真更低的比特分配方案，即按照“失真/码长”值从大到小通道编码顺序进行编码，通过对该算法的仿真验证，得出在固定码率条件下新算法将产生更少的失真。
上传时间： 2013-07-13
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本文主要研究Turbo码的编码和译码算法及其FPGA硬件实现.在概述信道编码理论及其发展历程之后,简要地论述了Turbo码的原理.然后分别对Turbo码的MAP译码算法,LOG-MAP算法进行推导,在给出LOG-MAP的推导之后,提出了对于LOG-MAP译码算法的两点改进,采用三阶牛顿插值函数对校验函数进行拟合,采用双滑动窗口技术取代传统的单滑动窗口技术.Turb码还有一种译码复杂度相对较低的算法——SOVA算法,本文也给出了SOVA算法的详细推导过程.在对LOG-MAP和SOVA算法的详细推导之后,本文给出Turbo码的软件仿真,采用Matlab语言编写Turbo码仿真系统程序,仿真系统比较了单滑动窗口技术和双滑动窗口技术在不同的信噪比下的译码性能.在软件仿真的基础上,本文给出了Turbo码编码器和采用LOG-MAP译码算法译码器的FPGA硬件实现方法.
上传时间： 2013-06-19
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H.264/AVC是国际电信联盟与国际标准化组织/国际电工委员会联合推出的活动图像编码标准，简称H.264。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大的提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。 本论文的研究课题是基于H.264/AVC视频编码标准的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自适应可变长编码)编码算法研究及FPGA实现。对于变换后的熵编码，H.264/AVC支持两种编码模式：基于上下文的可变长编码(CAVLC)和基于上下文的自适应算术编码(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，尽管CAVLC算法也是采用了VLC编码，但是同以往标准不同，它所有的编码都是基于上下文进行。这种方法比传统的查单一表的方法提高了编码效率，但也增加了设计上的困难。 作者在全面学习H.264/AVC协议和深入研究CAVLC编码算法的基础上，确定了并行编码的CAVLC编码器结构框图，并总结出了影响CAVLC编码器实现的瓶颈。针对这些瓶颈，对CAVLC编码器中的各个功能模块进行了优化设计，这些优化设计包括多参考块的表格预测法、快速查找表法、算术消除法等。最后，用Verilog硬件描述语言对所设计的CAVLC编码器进行了描述，用EDA软件对其主要功能模块进行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上验证了它们的功能。结果表明，该CAVLC编码器各编码单元的编码速度得到了显著提高且均能满足实时通信要求，为整个CAVLC编码器的实时通信提供了良好的基础。
上传时间： 2013-06-04
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低密度校验码（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一种性能接近香农极限的信道编码，已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中，包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个，分别是结合准循环（QC，Quasi Cyclic）移位结构的单次扩展构造和类似重复累积（RA，Repeat Accumulate）码构造。相应地，主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高，但是需要较多的寄存器和ROM资源；基于迭代译码的编码算法实现简单，但是吞吐量不高，且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后，结合编译码器综合实现的复杂度考虑，提出了一种切实可行的基于二次扩展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC码构造方法，以实现高吞吐量的LDPC码收发端；并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点，结合RU算法，提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法，是通过对母矩阵先后进行乱序扩展（Pex，Permutation Expansion）和循环移位扩展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）实现的。在此基础上，为了实现可变码长、可变码率，一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于，固定循环移位扩展的扩展因子大小不变，支持多个乱序扩展的扩展因子，使得译码器结构得以精简；构造得到的码字具有近似规则码的结构，便于硬件实现；（伪）随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能，是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用，使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求，新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换（FS，Forward Substitution）模块，同时简化了流水线结构，由原先RU算法的6级降低为4级；为了缩短编码延时，设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势：相比RU算法，新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活，吞吐量也更大；相比基于生成矩阵的编码算法，新方案节省了50％以上的寄存器和ROM资源，单位资源下的吞吐量更大；相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法，新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明，上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端，在实际应用中具有很高的价值。 目前，LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法，及其对应的编码算法，也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间： 2013-07-26
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纠错码技术是一种通过增加一定冗余信息来提高信息传输可靠性的有效方法。RS码是一种典型的纠错码，在线性分组码中，它具有最强的纠错能力，既能纠正随机错误，也能纠正突发错误，在深空通信、移动通信、磁盘阵列、光存储及数字视频广播(DVB)等系统中具有广泛的应用。 DVD是一种高容量的存储媒质。DVD技术的应用很广泛，在数字技术中占有重要地位。DVD系统中采用里德-所罗门乘积码(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)进行纠错，RS码译码器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在开发阶段具有安全、方便、可随时修改设计等不可替代的优点，在电子系统中采用FPGA可以极大的提升硬件系统设计的灵活性，可靠性，同时提高硬件开发的速度和降低系统的成本。FPGA的固有优点使其得到越来越广泛的应用，FPGA设计技术也被越来越多的设计人员所掌握。 本文首先介绍了编码理论和常用的RS编译码算法，提出RS编码器实现方案，详细分析了译码器的ME算法和改进BM算法的实现，针对ME算法提出了一种流水线结构的纠删纠错RS译码器实现方案，在译码器复杂度和延时上作了折衷，降低了译码器的复杂度并提高了最高工作频率，利用有限域乘法器的特性对编译码电路进行优化。这些技术的采用大大的提高了RS编译码器的效率，节省了RS编译码器占用的资源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上设计并成功实现了RS(208，192)编译码器。
上传时间： 2013-07-20
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本文以Turbo码编译码器的FPGA实现为目标，对Turbo码的编译码算法和用硬件语言将其实现进行了深入的研究。 首先，在理论上对Turbo码的编译码原理进行了介绍，确定了Max-log-MAF算法的译码算法，结合CCSDS标准，在实现编码器时，针对标准中给定的帧长、码率与交织算法，以及伪随机序列模块与帧同步模块，提出了相应解决方案；而在相应的译码器设计中，采用了FPGA设计中“自上而下”的设计方法，权衡硬件实现复杂度与处理时延等因素，优先考虑面积因素，提高元件的重复利用率和降低电路复杂度，来实现Turbo码的Max-log-MAP算法译码。把整个系统分割成不同的功能模块，分别阐述了实现过程。 然后，基于Verilog HDL 设计出12位固点数据的Turbo编译码器以及仿真验证平台，与用Matlab语言设计的相同指标的浮点数据译码器进行性能比较，得到该设计的功能验证。 最后，研究了Tuxbo码译码器几项最新技术，如滑动窗译码，归一化处理，停止迭代技术结合流水线电路设计，将改进后的译码器与先前设计的译码器分别在ISE开发环境中针对目标器件xilinx Virtex-Ⅱ500进行电路综合，证实了这些改进技术能有效地提高译码器的吞吐量，减少译码时延和存储器面积从而降低功耗。
上传时间： 2013-04-24
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研制发射微小卫星，是我国利用空间技术服务经济建设、造福人类的重要途径。现代微小卫星在短短20年里能取得长足的发展，主要取决于微小卫星自身的一系列特点：重量轻，体积小，成本低，性能高，安全可靠，发射方便、快捷灵活等。在卫星通信系统中，由于传输信道的多径和各种噪声的影响，信号在接收端会引起差错，通过信道编码环节，可对这些不可避免的差错进行检测和纠正。 在微小卫星通信链路中，信道编码器的任务是差错控制。本文采用符合空间数据系统咨询委员会CCSDS标准的链接码进行信道编码，即内码为（2，1，6）的卷积码，外码为（255，223）的RS码，中间进行交织操作。其中，里德-索罗蒙码(简称RS码)是一种重要的非二进制BCH码，是分组码中纠错能力最强的纠错码，一次可以纠正多个突发错误，广泛地用于空间通信中。 本文针对南京航空航天大学自行研制的微小卫星通信分系统的技术要求，在用SystemView和C语言仿真的基础上，用硬件描述语言Verilog设计了RS（255，223）编码器和译码器，使用Modelsim软件进行了功能仿真，并通过Xilinx公司的软件ISE对设计进行综合、布局布线，最后生成可下载的比特流文件下载到Xilinx公司的型号为XC3S2000的FPGA芯片中，完成了电路的设计并实现了编码译码的功能，表明本文设计的信道编解码器的正确性和实用性，满足了微小卫星通信分系统的技术要求。
上传时间： 2013-08-01
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