在信息化发展的当前，音视频等多媒体作为信息的载体，在社会生活的各个领域，起着越来越重要的作用。数字视频的海量性成为阻碍其应用的的瓶颈之一。在这种情况下，H．264作为新一代的视频压缩标准，以其高性能的压缩效率，成为备受关注的焦点和研究问题。H．264通过运动估计/运动补偿（MP/MC）消除视频时间冗余，对差值图像进行离散余弦变换（DCT）消除空间冗余，对量化后的系数进行可变长编码（VLC）消除统计冗余，获得了极高的压缩效率。随着嵌入式处理器性能的逐渐提升和3G网络即将商用的推动，H．264以其优秀的压缩性能，无论是无线信道传输方面，还是存储容量有限的嵌入式设备都具有广阔的应用前景。 但H．264在提升压缩性能的同时付出的代价是算法复杂度的成倍增加，实际应用中人们对视频解码的实时性要求严格，已出现的对应算法代码多基于PC通用处理器实现，而嵌入式设备的主频和处理能力仍然相对有限，存储容量相对较小，总线速率相对偏低，因此必须对标准对应算法进行优化移植，才能满足实际应用的需求。 本文在对H．264标准及其新特性进行详细介绍后，重点研究了在解码端如何针对解码耗时较多的模块进行改进，然后将算法移植到ARM平台，并针对平台特点作出相应优化，最后完成解码图象显示，并给出了测试结果。本文主要完成的工作如下： 详细分析了H．264的参考软件JM中解码流程，并利用测试工具分析了各模块耗时，针对耗时较多的模块如插值运算及去块滤波模块，提出了对应的改进算法并在H．264的参考软件JM86上进行了实现，PC测试实验证明了算法改进的优越性和运算优化的可行性。最后针对ARM平台，在对程序结构和对应代码进行优化之后，将其移植到WINCE系统之下，同时给出了WINCE平台解码后图象加速显示方法，并对最终测试结果与性能做出了评价。
上传时间： 2013-06-04
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国内大部分普通高校实验室的嵌入式实验教学系统基本上是基于8位CPU的单片机，这些系统的技术已经十分成熟且实验内容大多停留在单一的验证性实验，因此只能提供基础知识的教学而不能涵盖基础、综合、创新三个层次，也不能培养出市场对嵌入式系统需求的学生。而建立以ARM为内核的嵌入式处理器和嵌入式Linux操作系统相结合的实验教学体系及实验内容，能使学生在软、硬件知识结合上和能力上有新的提高。 ARM是当前全球领先的16/32位RISC微处理器内核，现在大多数功能强大的嵌入式处理器都是基于ARM内核构建的，如本课题中教学实验平台硬件部分以IntelXscale处理器PXA270为核心，软件部分以Linux操作系统为核心进行开发，教学实验平台是基于嵌入式Linux操作系统，高速的网络型硬件平台功能强大、复杂，起点高，适合于各高校的教学和实验，以及各种嵌入式系统的课题和科研项目。 构建教学实验平台的主要工作是完成硬件的设计、实现及操作系统移植。本论文主要在阐述嵌入式概念和主要开发技术、方法的基础上，对PXA270硬件平台和嵌入式Linux操作系统软件平台作了相关介绍；详细讲述了移植Linux到硬件平台的过程，实现ARM—Linux嵌入式系统软硬件的结合，并在该教学实验平台上设计了如触摸屏控制实验、USB设备实验与数字视频接口等实验。
上传时间： 2013-07-04
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数字通信系统中，在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及噪声的影响，接收端所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了减小误码率，提高接收质量，必须采用差错控制编码。对于数字视频通信系统这类高码率，高要求的系统，为了提供优良的图象质量，采用差错控制编码尤为重要。 本文采用的DVB-T系统差错控制技术是针对于数字视频通信而设计的，提出了纠错编码结合交织技术的实现方案，即RS(204，188，8)截短码、卷积交织、卷积码三种技术的级联。各技术中的参数设计为输入的MPEG-2传输流(TS流)提供了便利，在编码后可以保持传输流的帧结构和同步字节不改变，使接收端的同步捕获和同步跟踪成为可能。 本文首先简要介绍了差错控制技术，DVB-T系统，以及硬件实现所用到的FPGA实现方法。然后分别研究RS码、卷积交织、卷积码的编解码原理，并提出了三类技术的硬件实现方案。其中，重点论述了RS码解码的硬件实现。将RS码解码分为四个模块：伴随式计算，BM迭代，钱搜索和错误值计算，分别讲述每个模块的电路设计方案并给出仿真结果。最后，将该差错控制系统应用于一个输出速率恒定的实际数字视频通信系统中，按系统需要，加入了接口电路和速率控制的设计。
上传时间： 2013-04-24
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随着人们对于数字视频和数字图像的需求越来越大，数字电视广播和手机电视迅速发展起来，但是人们对于数字图像质量的要求也越来越高。对于观众来讲，画面的质量几乎是最为重要的，然而由于信道传输特性不理想和加性噪声的影响，不可避免地会产生误码，导致图像质量的下降，甚至无法正常收看。因此，为了保障图像质量就需要采用纠错编码(又称信道编码)的方式来实现通信。在数字视频广播系统(DVB)中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输都采用了信道编码。 本文首先深入研究DVB标准中的信道编码部分的关键技术；然后依照DVB-T标准技术要求，设计并硬件实现了数字视频传输的信道编解码系统。在该系统中，编解码器与信源端的接口利用了MPEG-2的视频传输接口同步并行接口(SPI)，这种接口的应用让系统具有很强的通用性；与信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的数据通信设备可以直接与数字通信设备连接，这使得应用时对于信道的选择具有较大的灵活性。 在深入理解RS编解码算法，卷积交织/解交织原理，卷积编码/VITERBI译码算法原理的基础上，本文给出了解码部分的设计方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件实现。在RS解码过程中引入了流水线机制，从而很大程度上提高了解码效率。解交织器部分采用了RAM分区循环法，利用对RAM读写地址的控制实现解卷积交织，这种方法控制电路简单，实现速度比较快，代价小。VITERBI译码器采用截尾译码，在几乎不影响译码准确度的基础上大大提高了解码效率。
上传时间： 2013-07-16
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由于信道中存在干扰,数字信号在信道中传输的过程中会产生误码.为了提高通信质量,保证通信的正确性和可靠性,通常采用差错控制的方法来纠正传输过程中的错误.本文的目的就是研究如何通过差错控制的方法以提高通信质量,保证传输的正确性和可靠性.重点研究一种信道编解码的算法和逻辑电路的实现方法,并在硬件上验证,利用码流传输的测试方法,对设计进行测试.在以上的研究基础之上,横向扩展和课题相关问题的研究,包括FPGA实现和高速硬件电路设计等方面的研究. 纠错码技术是一种通过增加一定的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,移动通信以及数字视频广播等系统中具有广泛的应用,随着RS编码和解码算法的改进和相关的硬件实现技术的发展,RS码在实际中的应用也将更加广泛. 在研究中,对所研究的问题进行分解,集中精力研究课题中的重点和难点,在各个模块成功实现的基础上,成功的进行系统组合,协调各个模块稳定的工作. 在本文中的EDA设计中,使用了自顶向下的设计方法,编解码算法每一个子模块分开进行设计,最后在顶层进行元件例化,正确实现了编码和解码的功能. 本文首先介绍相关的数字通信背景；接着提出纠错码的设计方案,介绍RS(31,15)码的编译码算法和逻辑电路的实现方法,RTL代码编写和逻辑仿真以及时序仿真,并讨论了FPGA设计的一般性准则以及高速数字电路设计的一些常用方法和注意事项；最后设计基于FPGA的硬件电路平台,并利用静态和动态的方法对编解码算法进行测试. 通过对编码和解码算法的充分理解,本人使用Verilog HDL语言对算法进行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平台上面实现了编码和解码算法. 其中,编码的最高工作频率达到158MHz,解码的最高工作频率达到91MHz.在进行硬件调试的时候,整个系统工作在30MHz的时钟频率下,通过了硬件上的静态测试和动态测试,并能够正确实现预期的纠错功能.
上传时间： 2013-07-01
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本论文讨论的是如何对符合DVB-T标准的数字图像无线监控系统中的MPEG2图像实现底层硬件的实时加/解密.数字图像无线监控系统是某公司研发的符合DVB-T标准的实时图像语音无线传输系统,通过对实时采集的图像等信息的发射与接收实现对远程现场的无线监控.为了保证图像数据在传输中的保密性,设计了基于FPGA的实时MPEG2图像加/解密系统.该系统由加/解密算法模块和密钥管理模块组成.加/解密算法模块完成发射机及接收机中的实时数据流的加/解密,该模块是基于FPGA的,采用美国国家标准DES(Dara Encryption Standard)算法,实现了对MPEG2 TS流的硬件加/解密.密钥管理模块完成加/解密模块的密钥产生、管理、控制、输入等功能.本论文首先介绍了密码学的基本知识及几种典型的加密体制和算法.接着介绍了DVB-T数字广播标准和数字图像无线监控系统的原理和系统结构.然后对图像加解密器的系统设计原理及实现做了详细介绍.在此基础上,介绍了FPGA中的加密算法的仿真及实现和密钥管理模块的实现.最后介绍了系统的硬件电路和整个系统的软硬件调试.本人的工作主要包括:1.查阅资料,了解密码学及DVB系统相关领域知识.2.根据项目要求设计基于FPGA的实时MPEG2图像加/解密系统方案.3.基于FPGA完成MPEG2图像的底层硬件加密及解密逻辑程序设计,并设计各个控制程序和驱动.4.设计系统原理图及电路板,完成系统的软硬件调试和与全系统的联调.
上传时间： 2013-06-30
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LDPC码以其接近Shannon极限的优异性能在编码界引起了轰动，成为研究的热点。随着研究的不断深入和技术的发展，目前，LDPC码已经被多个通信系统定为信道编码方案，并被应用到第二代数字视频广播卫星(DVB—S2)通信系统中。由于LDPC码译码过程中所涉及的数据量庞大，译码时序控制复杂，如何实现LDPC码译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现LDPC码译码器为研究目标，主要对译码算法选择、译码数据量化、定点数据表示方式、译码算法关键运算单元的FPGA设计和译码的时序控制进行了深入研究。首先分析了LDPC码的基本译码原理和常用译码算法。然后重点分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和归一化最小和算法，并对四种译码算法的纠错性能和译码复杂度进行比较论证，选出适合硬件实现的译码方案。结合通信系统，对译码算法进行仿真分析，确定了译码算法的各个参数值和译码量化方案。 在系统仿真分析论证的基础之上，以归一化最小和译码算法为理论方案，利用硬件描述语言编写译码功能模块，并基于FPGA实现了固定译码长度的LDPC码译码器，利用MATLAB和Modelsim分别对译码器进行了功能验证和时序验证，最后模拟通信系统完成了译码器的硬件测试。
上传时间： 2013-04-24
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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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串行数字接口SDI是目前使用最广泛的数字视频接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267标准制定的，己经被世界上众多数字视频设备生产厂家普遍采纳并作为标准视频接口，主要用在非线性编辑系统、视频服务器、虚拟演播室以及数字切换矩阵和数字光端机等场合。 以往的SDI接口在实现方法上有成本高、灵活性低等缺点，针对这些不足，本文在研究串行数字接口工作原理的基础上，提出了一种基于FPGA的标清串行数字接口(SD-SDI)的设计方案，并使用SOPC Builder构成一个Nios II处理器系统，将SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA内部，从而提高系统的集成度，使之具有视频数据处理速度快、实时性强、性价比高的特点。具体研究内容包括： 1.在分析SDI接口的硬件结构和工作原理的基础上，提出了串行数字接口的嵌入式系统设计方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片内部配置以及驱动电路、均衡电路、电源电路等硬件电路设计。 2.采用软逻辑方法实现SDI接口的传输功能，进行了具体的模块化设计与仿真。 3.引入Nios II嵌入式软核处理器对数据进行处理，设计了视频图像数据的采集程序。 该传输系统以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8为核心芯片，通过发送和接收电路的共同作用，能够完成标清数字视频信号的传输，初步确立了以SDI接口为数据源的视频信号传输系统的整体模式和框架。
上传时间： 2013-04-24
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