随着移动终端、多媒体、Internet网络、通信，图像扫描技术的发展，以及人们对图象分辨率，质量要求的不断提高，用软件压缩难以达到实时性要求，而且会带来因传输大量原始图象数据带来的带宽要求，因此采用硬件实现图象压缩已成为一种必然趋势。而熵编码单元作为图像变换，量化后的处理环节，是图像压缩中必不可少的部分。研究熵编解码器的硬件实现，具有广阔的应用背景。本文以星载视频图像压缩的硬件实现项目为背景，对熵编码器和解码器的硬件实现进行探讨，给出了并行熵编码和解码器的实现方案。熵编解码器中的难点是huffman编解码器的实现。在设计并行huffman编码方案时通过改善Huffman编码器中变长码流向定长码流转换时的控制逻辑,避免了因数据处理不及时造成数据丢失的可能性，从而保证了编码的正确性。而在实现并行的huffman解码器时，解码算法充分利用了规则化码书带来的码字的单调性，及在特定长度码字集内码字变化的连续性，将并行解码由模式匹配转换为算术运算，提高了存储器的利用率、系统的解码效率和速度。在实现并行huffman编码的基础上，结合针对DC子带的预测编码，针对直流子带的游程编码，能够对图像压缩系统中经过DWT变换，量化，扫描后的数据进行正确的编码。同时，在并行huffman解码基础上的熵解码器也可以解码出正确的数据提供给解码系统的后续反量化模块，进一步处理。在本文介绍的设计方案中，按照自顶向下的设计方法，对星载图像压缩系统中的熵编解码器进行分析，进而进行逻辑功能分割及模块划分，然后分别实现各子模块，并最终完成整个系统。在设计过程中，用高级硬件描述语言verilogHDL进行RTL级描述。利用了Altera公司的QuartusII开发平台进行设计输入、编译、仿真，同时还采用modelsim仿真工具和symplicity的综合工具，验证了设计的正确性。通过系统波形仿真和下板验证熵编码器最高频率可以达到127M，在62.5M的情况下工作正常。而熵解码器也可正常工作在62.5M，吞吐量可达到2500Mbps，也能满足性能要求。仿真验证的结果表明：设计能够满足性能要求，并具有一定的使用价值。
上传时间： 2013-05-19
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低压电力线通信(PLC)具有网络分布广、无需重新布线和维护方便等优点。近年来，低压电力线通信被看成是解决信息高速公路“最后一英里”问题的一种方案，在国内外掀起了一个新的研究热潮。电力线信道中不仅存在多径干扰和子信道衰落，而且还存在开关噪声和窄带噪声，因此在电力线通信系统中，信道编码是不可或缺的重要组成部分。 本文着重研究了在FPGA上实现OFDM系统中的信道编解码方案。其中编码端由卷积码编码器和交织器组成，解码端由Viterbi译码器和解交织器组成，同时为了与PC机进行通信，还在FPGA上做了一个RS232串行接口模块，以上所有的模块均采用硬件描述语言VerilogHDL编写。另外，峰值平均功率比(PAR)较大是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须要考虑如何降低大峰值功率信号出现的概率。本文重点研究了三种降低PAR的方法：即信号预畸变技术、信号非畸变技术和编码技术。这三种方法各有优缺点，但是迄今为止还没有一种好方法能够彻底地解决OFDM系统中较高PAR的弊病。本论文内容安排如下：第一章介绍了课题的背景，可编程器件和OFDM技术的发展历程。第二章详细介绍了OFDM的原理以及实现OFDM所采用的一些技术细节。第三章详细介绍了本课题中信道编码的方案，包括信道编码的基本原理，组成结构以及方案中采用的卷积码和交织的原理及设计。第四章详细讨论了编码方案如何在FPGA上实现，包括可编程逻辑器件FPGA/CPLD的结构特点，开发流程，以及串口通信接口、编解码器的FPGA设计。第五章详细介绍了如何降低OFDM系统中的峰值平均功率比。最后，在第六章总结全文，并对课题中需要进一步完善的方面进行了探讨。
上传时间： 2013-04-24
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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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无线局域网(WLAN,Wireless Local Area Network)是未来移动通信系统的重要组成部分.为了满足用户高速率、方便灵活的接入互联网的需求,WLAN的研究和建设正在世界范围内如火如荼的展开.由于摆脱了有线连接的束缚,无线局域网具有移动性好、成本低和不会出现线缆故障等特点.该文对无线局域网的主流协议IEEE 802.11a的物理层实现技术进行了系统的研究和分析,并采用可编程ASIC器件FPGA,设计实现了物理层基带处理的关键模块,为今后形成具有自主知识产权的IP核奠定了基础.该文研究内容得到了天津市信息化办公室"宽带无线局域网关键技术研究"项目经费的支持.该文在对IEEE 802.11a协议深入研究的基础上,提出了物理层的实现方案和功能模块划分.重点研究了实现基带处理的关键模块:FIR滤波器、卷积码编码器以及(2,1,7)Viterbi译码器的实现算法和硬件结构.在Viterbi译码器的设计中,
上传时间： 2013-06-19
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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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