作为在保障网络安全方面扮演着至关重要角色的防火墙技术从出现到发展至今一直是网络安全研究中的关键技术之一，随着互联网的迅猛发展，它在信息化、网络化的过程中也变的越来越重要。为了使防火墙能快速且深入地对网络数据传输过程中的海量信息进行安全检测，并能应对来自各个网络层的威胁，将传统的基于软件的防火墙转向硬件平台实现是不可阻挡的发展趋势。 首先阐述了网络安全的现状、网络安全研究的重大意义、防火墙目前的发展状况及未来的发展趋势，然后介绍了防火墙的概念、功能和分类。重点分析了著名的开源入侵检测系统Snort的功能实现及数据结构，对Linux中自带的网络安全工具Iptables/Netfilter的工作原理做了简要介绍，然后对现在较流行的基于软件的字符串匹配算法和硬件实现方法进行对比分析，通过对已存在的解决方法的深入研究，提出了基于ARM处理器并采用内容可寻址存储器(CAM)的硬件防火墙系统设计方案。将Snort中对数据包载荷检测部分中的顺序检测替换为由CAM结合Wu-Manbcr多模式匹配算法实现，其中CAM完成短模式匹配，Wu-Manber算法完成长模式匹配，并将Snort与Iptables/Netfilter有机结合移植到基于ARM的嵌入式平台中，系统可以通过主机对防火墙的状态进行实时监控和规则更新。 设计了防火墙的整个硬件电路，其中重点分析了CAM模块的设计。通过对Sourcefire的Snort VRT2.4版免费规则库的统计分析和计算模拟得出了对规则集的最佳划分长度；在软件部分研究了Bootloader制作、Linux内核的裁减与移植及根文件系统制作等内容。重点分析了摩托罗拉公司的专用CAM芯片MCM69C432的驱动程序设计和相应的调用方法，并结合主机软件部分的功能分析了双方的通信协议及实现，最后通过程序对系统仿真并选用林肯数据集进行模拟测试，测试结果表明系统比以前效率有了大幅提高，过滤速度已达到最初设计目标，证明了此硬件防火墙方案的可行性。 最后总结了本人的工作并指出此种方案的硬件防火墙的不足、需要改进之处和它的良好应用前景。
上传时间： 2013-07-24
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遥感图像是深空探测和近地观测所得数据的重要载体，在军事和社会经济生活领域发挥着重要作用。由于遥感图像数据量巨大，它的存储和传输已成为遥感信息应用中的关键问题。图像压缩编码技术能降低图像冗余度，从而减小图像的存储容量和传输带宽，它的研究对于遥感图像应用具有重要的现实意义。CCSDS图像压缩算法是空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的图像数据压缩算法。该算法复杂度较低，并行性好，适合于硬件实现，能实现对空间数据的实时处理，从而广泛应用于深空探测和近地观测。对于直接关系到军事战略、经济建设等方面的遥感图像的传输，必须对它进行加密处理。AES加密算法是由美国国家标准和技术研究所(NIST)于2000年发布的数据加密标准，它不但能抵抗各种攻击，保证加密数据的安全性，而且易于软件和硬件实现。本论文对CCSDS图像压缩算法和AES加密算法进行了研究，完成的主要工作包括： (1)研究了CCSDS图像压缩算法的原理和结构，用C语言实现了算法的编解码器，并与SPIHT算法和JPEG2000算法的性能进行了比较。 (2)研究了AES加密算法的原理和结构，用C语言实现了算法的加解密器。 (3)介绍了实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法的FPGA设计所选择的软件开发工具、开发语言和硬件开发平台。 (4)给出了CCSDS编码器的FPGA实现方法和实现性能。 (5)给出了AES加密器的FPGA实现方法和实现性能。 本文设计的CCSDS图像压缩和AES加密FPGA系统运用了流水线设计、高速内存设计、模块并行化设计和模块串行化设计等技术，在系统速度和资源面积上取得了较好的平衡，达到了预期的设计目的。
上传时间： 2013-07-15
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自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的应用物理中的逆问题，例如费米体系逆问题、信号处理等，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》杂志的整版专评与高度评价。华侨大学苏武浔、张渭滨教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形（包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等）的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 在新型通信系统中，把这种正交函数族应用于系统的相干调制解调中，取代传统通信系统中调制解调所采用的三角正交函数族。正是这种正交函数族使得通信系统的传输性能大大提高，保密性加强，而且正交函数族产生很方便。 本文从软件仿真和硬件实现两个方面对Chen-Mobius通信系统进行了验证。首先，利用MATLAB软件构建Chen-Mobius数字通信系统，通过计算机编程，对Chen-Mobius单路、四路和八路的数字通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，在QuartusⅡ软件平台上，利用VHDL语言文本输入和原理图输入的方法构建Chen-Mobius数字通信系统，对该系统进行了仿真，包括设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；再次，在QuartusⅡ软件仿真的基础上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，实现了硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius数字通信系统的FPGA实现；最后，从MATLAB软件仿真和硬件实现的结果出发，通过分析系统的性能，简单展望了Chen-Mobius数字通信系统的应用前景。 本文通过软件仿真得到了Chen-Mobius数字通信系统的信噪比-错误概率曲线，从理论上验证了该系统的强的抗干扰能力；利用FPGA完成了系统的硬件实现，从实际上验证了该系统的可实现性。从两方面都可以说明，Chen-Mobius通信系统虽然只是一个新的起点，但它却预示着光明的应用前景。
标签： ChenMobius MATLAB FPGA 数字通信系统
上传时间： 2013-05-19
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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
上传用户：gcs333
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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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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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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本文以Turbo码译码器的FPGA实现为目标，对Turbo码的迭代译码算法及用硬件语言实现其译码算法进行了深入研究。 本文首先在理论上对Turbo码的编译码原理进行了深入的研究，并用C语言对其MAP译码算法进行了验证仿真，接着就Turbo码MAP算法的衍生算法即LOG_MAP和MAX_LOG_MAP算法用C程序做了仿真和测试。随后本文就一些对MAP译码性能起着重要影响的参数也用C程序做了仿真对比。 最后，考虑到硬件实现的简化，MAX-Log-MAP算法成为了本文的硬件实现方案。本文采用了模块化设计，在对各个模块进行设计的基础上提出了一些改进的方案，对Turbo码编码器设计中的同步问题进行了改进，对分块并行Turbo码译码算法的硬件实现进行了研究。在设计中综合运用了“自顶向下”和“自下而上”的设计方去，通过功能模块分割，合理设置系统参数，并通过模块之间的参数传递，使Turbo码编译码器具有较好的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
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在通信系统中，人们一直致力于信息传输的有效性和可靠性的研究，信道纠错编码技术一直是人们研究的重点。1993年，Turbo码的提出，以其接近Shannon极限的优异的译码性能在编码界引起了轰动，并成为研究纠错编码的热点课题。经过十几年的研究和发展，目前，Turbo码已经走向了实用化的道路，如何用硬件实现有效的Turbo码编译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现Turbo码译码器为研究目标，首先分析了Turbo码的基本编译码原理和3GPP标准的Turbo码编码结构和交织算法。然后重点分析了MAP译码算法，Log-MAP译码算法和：Max-Log-MAP译码算法，并对三种译码算法进行了详细的理论推导和计算复杂度的定量分析比较，对影响Turbo码译码性能的主要因素进行了MATLB仿真分析。 论文在深入分析比较上述三种译码算法的基础之上，选择Max-Log-MAP译码算法进行了Turbo码译码器的FPGA设计实现。主要针对FPGA实现的数据量化、定点数据表示方式、Max-Log-MAP算法子译码器关键运算单元的FPGA设计和基于3GPP标准的Turbo码译码器的内交织的FPGA设计进行了深入研究，完成了固定译码长度的Turbo码译码器的FPGA设计实现，并利用ModelSim和MATLAB分别对译码器进行了功能时序验证和FPGA定点仿真测试。
上传时间： 2013-07-09
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H.264作为新一代视频编码标准，相比上一代视频编码标准MPEG2，在相同画质下，平均节约64﹪的码流。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构，实现灵活性极大，其规定了三个档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用，因此。H.264的编码器的设计可以根据需求的不同而不同。 H.264虽然具有优异的压缩性能，但是其复杂度却比一般编码器高的多。本文对H.264进行了编码复杂度分析，并统计了整个软件编码中计算量的分布。H.264中采用了率失真优化算法，提高了帧内预测编码的效率。在该算法下进行帧内预测时，为了得到一个宏块的预测模式，需要进行592次率失真代价计算。因此为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度，本文改进了帧内预测模式选择算法。实践证明，在PSNR值的损失可以忽略不计的情况下，该算法相比原算法，帧内编码时间平均节约60﹪以上，对编码的实时性有较大帮助。 为了实现实时编码，考虑到FPGA的高效运算速度和使用灵活性，本文还研究了H.264编码器基本档次的FPGA实现。首先研究了H.264编码器硬件实现架构，并对影响编码速度，且具有硬件实现优越性的几个重要部分进行了算法研究和FPGA.实现。本文主要研究了H.264编码器中整数DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、CAVLC编码以及反量化、逆整数DCT变换等部分。分别对这些模块进行了综合和时序仿真，并将验证后通过的系统模块下载到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，进行了在线测试，验证了该系统对输入的残差数据实时压缩编码的功能。 本文对H.264编码器帧内预测模式选择算法的改进，算法实现简单，对软件编码的实时性有很大帮助。本文对在单片FPGA上实现H.264编码器做出了探索性尝试，这对H.264编码器芯片的设计有着积极的借鉴性。
上传时间： 2013-05-25
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