在幾乎所有現代通訊和計算機網絡領域中，安全問題都起著非常重要的作用。隨著網絡應用的迅速發展，對安全的要求也逐漸加強。目前影響最大的三類公鑰密碼是RSA公鑰密碼、EIGamal公鑰密碼和橢圓曲線公鑰密碼。但超橢圓曲線密碼是比橢圓曲線密碼更難攻破的密碼體制，且可以在更小的基域上達到與橢圓曲線密碼相同的安全程度。雖然超橢圓曲線密碼體制在理論上已經基本成熟，但由于它的計算復雜性大，所以在具體實現上還需要進一步研究。實現超橢圓曲線密碼系統，對于增強信息系統的安全性和研究更高強度的加密系統都有著重要的理論意義和較高的應用價值，相信超橢圓曲線密碼系統將會有更好的應用前景。 對于密碼系統，我們希望它占用的空間更少，實現的時間更短，安全性更高。論文研究超橢圓曲線密碼中的加密算法，對主要算法進行實現比較并提出軟硬協調思想實現超橢圓曲線密碼系統就是為了達到這個目標。 論文先介紹了超橢圓曲線密碼系統中有限域上的兩個核心運算——有限域乘法運算和有限域求逆運算。對有限域乘法運算的全串行算法和串并混合算法在FPGA上用VHDL語言進行了實現，并對它們的結果進行對比，重點在于對并行度不同的串并混合算法進行實現比較，找到面積和速度的最佳結合點。通過對算法的實現和比較，發現理論上面積和速度協調性較好的8位串并混合算法在實際中協調性并不是很好，最終得出結論，在所做實驗的四種情況中，面積和速度協調性較好的算法是4位串并混合算法。隨后論文對有限域求逆運算的三種算法在FPGA上用VHDL語言進行實現比較，找到單獨實現有限域求逆運算較好的算法(MIMA域求逆算法)和可以與域乘法運算相結合的算法(使用域乘法求逆的算法)，為軟硬協調實現超橢圓曲線系統思想的提出打下基礎。 論文然后提出了軟硬協調的方法實現超橢圓曲線系統的思想，并對整個系統進行了軟硬件部分的劃分。通過分析，將標量乘算法，除子算法和多項式環算法劃分到軟件部分，并對其中的標量乘運算進行了詳細的分析介紹，將有限域算法歸于硬件部分并對其進行了簡單描述。在最后對全文進行總結，提出進一步需要開展的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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LDPC(Low Density Parity Check)碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，最初由Gallager發現，故亦稱Gallager碼.它和著名Turbo碼相似，具有逼近香農限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來信道編碼界研究的熱點。 LDPC碼的奇偶校驗矩陣呈現稀疏性，其譯碼復雜度與碼長成線性關系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復雜度問題，使長編碼分組的應用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼分組時，相距很遠的信息比特參與統一校驗，這使得連續的突發差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發差錯的特性。 本文首先介紹了LDPC碼的基本概念和基本原理，其次，具體介紹了LDPC碼的構造和各種編碼算法及其生成矩陣的產生方法，特別是準循環LDPC碼的構造以及RU算法、貪婪算法，并在此基礎上采用貪婪算法對RU算法進行了改進。 最后，選用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，實現了碼長為504的基于RU算法的LDPC編碼器。在設計過程中，為節省資源、提高速度，在向量存儲時采用稀疏矩陣技術，在向量相加時采用通過奇校驗直接判定結果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避開了復雜的矩陣求逆運算。結果表明，該編碼器只占用約10％的邏輯單元，約5％的存儲單元，時鐘頻率達到120MHz，數據吞吐率達到33Mb/s，功能上也滿足編碼器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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衛星導航定位系統可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運輸工具提供導航定位服務。它能夠軍民兩用，戰略作用與商業利益并舉。只要持有便攜式接收機，則無論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛星發出的特定信號。接收機選取至少四顆衛星發出的信號進行分析，就能確定接收機持有者的位置。 GPS導航定位接收機的理論基礎即是擴頻通信理論，擴頻通信技術與常規的通信技術相比，具有低截獲率，強抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前己從軍事領域向民用領域迅速發展，成為進入信息時代的高新技術通信傳輸方式之一。擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統，本文所研究的就是這一類系統。 目前在衛星信號的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時域法，基于大規模并行相關器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現有順序捕獲和并行捕獲技術的原理，并給出了它們的優缺點。 本文第三章對長碼的直接捕獲進行了深入的研究，基于對國內外相關文獻中長碼直捕方法的分析與對比，并且結合在實際過程中硬件資源需求的考慮，應用了基于分段補零循環相關和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度。本方法利用FFT實現接收信號與本地長碼的并行相關，同時完成頻偏的搜索，將傳統的二維搜索轉換為并行的一維搜索，從而能快速實現長碼捕獲。 GPS信號十分微弱，靈敏度低，在戰場環境下，GPS接收機會面臨各種人為的干擾。如何從復雜的干擾信號中實現對GPS信號的捕獲，即抗干擾技術的研究，是GPS也是本文研究一個的方面。第四章即研究了GPS接收機干擾抑制算法，在強干擾環境下，需要借助信號處理技術在不增加信號帶寬的條件下提高系統的抗干擾能力，以保證后續捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機長碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實現方案，并對各主要子模塊進行了詳細地分析。基本型接收機中長碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實現；抗干擾型接收機中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實現了各模塊的單獨測試和整個系統的聯調，通過聯調驗證，本文提出的長碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對長碼的直接捕獲，可以應用于GPS接收機，監測站接收機的同步等，對我國自主研發導航定位接收機也有重大的現實及經濟意義。
上傳時間： 2013-06-18
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隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發展，其應用范圍主要包括數字廣播、消費類電子、視頻監控、醫學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數據量很大時，處理速度慢，執行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數據流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數據的開始和結束信號三種控制信號，并根據控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現圖像數據的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數據的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數據采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創新點是采用新的開發環境System Generator for DSP實現視頻圖像算法。這種開發視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發展的必然趨勢。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著計算機科學在人機交互領域的極大發展，作為人臉信息處理中的一項關鍵技術，人臉檢測現在已經成為模式識別，計算機視覺和人機交互領域不可缺少的一部分。但是，人臉檢測算法存在計算量大、速度慢等缺點。軟件實現方式無法達到實時處理要求，而現有的硬件實現需要占用大量硬件資源。 本文針對現有人臉檢測硬件實現的缺點，通過對Adaboost算法和現有硬件結構的分析，提出了雙流水線硬件檢測架構：掃描窗口流水線、特征向量流水線。并在Vertex-II Pro FPGA平臺驗證成功，達到實時檢測的標準。具體工作和創新點包括如下幾點： 介紹了人臉檢測的原理以及人臉檢測經典算法。其中，詳細介紹了Adaboost算法。 對現有的結構進行詳細分析。指出現有各架構的缺點，即資源占用多，檢測速度慢。針對這兩個問題，本文提出了一個適合嵌入式應用的掃描窗口、特征向量雙流水線檢測硬件架構，詳細說明了該架構的工作原理，并在該架構基礎上，通過加入預測加載技術，進一步提高檢測速度。隨后，采用存儲器訪問效率，架構內部存儲單元大小，檢測時間長短，運算單元數量四個標準，詳細比較了新架構和現有架構的差別，顯示出新架構的優勢。 基于提出的架構，給出了Adaboost人臉檢測系統的VLSI實現方案。本文中，采用自頂向下的設計方法將人臉檢測系統分成若干個子模塊，然后對每個子模塊進行詳細的設計和說明，給出了每個子模塊的硬件架構、狀態轉換以及verilog實現后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA開發板完成人臉檢測系統的硬件驗證。FPGA驗證結果表明對于QCIF分辨率的視頻圖像，人臉檢測系統能夠達到50fps的檢測速度，滿足實時檢測的要求。
上傳時間： 2013-06-15
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H.264/AVC是國際電信聯盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優化設計，這些優化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-22
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環境下開發的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題，如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發技術，實現智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發流程，指出實現結構優化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數運算結果的位擴展處理，進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求，論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩定控制要求，為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-06-13
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本文對嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布和改進FPGA布局算法進行了研究。文章在嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布研究中，引入了四種架構，其布線通道寬度分布函數分別為均勻、脈沖、高斯和三角分布。通過修改VPR工具的源代碼，使平臺適用于具有嵌入硬核的FPGA架構，利用MCNC基準電路來測試這四種架構的性能。實驗結果表明：在以網線平均長度作為指標的測試中，通道寬度均勻分布的架構具有更短的布線長度、更優的性能。
上傳時間： 2013-06-01
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H.264/AVC是由國際電信聯合會的視頻專家組和國際標準化組織的運動圖像專家組組成的聯合視頻小組制定的下一代視頻壓縮標準。新標準采用了一些先進算法，因此具有優異的壓縮性能和極好的網絡親和性，滿足低碼率情況下的高質量視頻的傳輸。 H.264/AVC采用的先進算法包括多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數變換量化、去方塊濾波和熵編碼。本論文著重對整數變換與量化、去方塊濾波做了研究。整數變換是一種只有加法和移位的運算，量化可以通過查表和乘法操作就可以完成，避免了反變換的時候失配問題，沒有精度損失；去方塊濾波是一種用來去除低碼率情況下的每個宏塊的塊效應，提高了解碼圖像的外觀。 本文主要從算法研究和硬件實現兩方面著手，在算法研究方面設計了一個可視化測試軟件，在硬件實現方面主要對整數變換、量化和去方塊濾波做了研究和實現。視頻壓縮技術的關鍵在于視頻壓縮算法及其芯片的實現，FPGA可重復使用，設計修改靈活，片內資源豐富，具備DSP模塊等優勢。在本論文的目標實現部分模塊FPGA的硬件設計，用Verilog完成了關鍵部分的設計。首先簡要介紹了視頻壓縮基本原理，常用視頻壓縮標準及其特性以及國內外的研究動態，并對H.264標準基本檔次所涉及的核心技術進行了詳細介紹，兩種分層結構分別討論。其次在掌握了H.264.算法及編解碼流程的基礎上，設計了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺。然后詳細介紹了整數變換、量化、反變換和反量化核心模塊的設計和實現，并在Altera的軟件和開發板上進行了仿真驗證；對去方塊濾波算法做了軟件研究測試，并給出了一種改進的硬件整體結構設計。最后，對全文工作進行了總結和對未來研究工作做了展望。我在課題中所做的主要工作有： 1.查閱相關文獻，熟悉H.264.標準及整數變換、量化和去方塊濾波等算法。 2.用VC++完成了基于H.264編解碼的可視化軟件平臺設計。 3.用Verilog完成了整數變換量化、反變換反量化模塊FPGA設計與驗證。 4.去方塊濾波器的算法研究、仿真和硬件整體結構設計。
上傳時間： 2013-04-24
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