高精度電網(wǎng)功率因數(shù)測量加權(quán)插值FFT優(yōu)化算法
標(biāo)簽： FFT 高精度 電網(wǎng) 功率因數(shù)
上傳時間： 2013-05-22
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在通信系統(tǒng)中，人們一直致力于信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘难芯浚诺兰m錯編碼技術(shù)一直是人們研究的重點(diǎn)。1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優(yōu)異的譯碼性能在編碼界引起了轟動，并成為研究糾錯編碼的熱點(diǎn)課題。經(jīng)過十幾年的研究和發(fā)展，目前，Turbo碼已經(jīng)走向了實(shí)用化的道路，如何用硬件實(shí)現(xiàn)有效的Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點(diǎn)。 論文以基于FPGA實(shí)現(xiàn)Turbo碼譯碼器為研究目標(biāo)，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Turbo碼編碼結(jié)構(gòu)和交織算法。然后重點(diǎn)分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和：Max-Log-MAP譯碼算法，并對三種譯碼算法進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和計算復(fù)雜度的定量分析比較，對影響Turbo碼譯碼性能的主要因素進(jìn)行了MATLB仿真分析。 論文在深入分析比較上述三種譯碼算法的基礎(chǔ)之上，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進(jìn)行了Turbo碼譯碼器的FPGA設(shè)計實(shí)現(xiàn)。主要針對FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)量化、定點(diǎn)數(shù)據(jù)表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關(guān)鍵運(yùn)算單元的FPGA設(shè)計和基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Turbo碼譯碼器的內(nèi)交織的FPGA設(shè)計進(jìn)行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設(shè)計實(shí)現(xiàn)，并利用ModelSim和MATLAB分別對譯碼器進(jìn)行了功能時序驗(yàn)證和FPGA定點(diǎn)仿真測試。
上傳時間： 2013-07-09
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2000年10月2日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標(biāo)準(zhǔn)，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時間內(nèi)，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實(shí)現(xiàn)的研究就成為了國內(nèi)外的熱點(diǎn)，會在信息安全領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。用FPGA實(shí)現(xiàn)AES算法具有快速、靈活、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)問題，在深入分析了AES算法的整體結(jié)構(gòu)、基本變換以及加、解密流程的基礎(chǔ)上，對AES算法的加、解密系統(tǒng)的FPGA優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容為： 1．確定了實(shí)現(xiàn)方案以及關(guān)鍵技術(shù)，在比較了常用的結(jié)構(gòu)后，采用了適合高速并行實(shí)現(xiàn)AES加、解密算法的結(jié)構(gòu)——內(nèi)外混合的流水線結(jié)構(gòu)，并給出了總體的設(shè)計框圖。由于流水線結(jié)構(gòu)不適用于反饋模式，為了達(dá)到較高的運(yùn)算速度，該系統(tǒng)使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個子模塊的設(shè)計分別予以詳細(xì)分析，結(jié)合算法本身和FPGA的特點(diǎn)，采用查表法優(yōu)化處理了字節(jié)代換運(yùn)算，列混合運(yùn)算和密鑰擴(kuò)展運(yùn)算。同時，考慮到應(yīng)用環(huán)境的不同，本設(shè)計支持?jǐn)?shù)據(jù)分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)的這個系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計； 3．利用QLJARTUSII開發(fā)工具進(jìn)行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 MODELSIM中進(jìn)行仿真并給出仿真結(jié)果，給出了各個模塊和整個設(shè)計的仿真測試結(jié)果； 4．和其他類似的設(shè)計做了橫向?qū)Ρ龋贸鼋Y(jié)論：本設(shè)計在保證了速度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-05-25
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H.264作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，相比上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標(biāo)準(zhǔn)僅設(shè)定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進(jìn)行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測編碼的效率。在該算法下進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測時，為了得到一個宏塊的預(yù)測模式，需要進(jìn)行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測模式選擇的計算復(fù)雜度，本文改進(jìn)了幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法。實(shí)踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時間平均節(jié)約60﹪以上，對編碼的實(shí)時性有較大幫助。 為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時編碼，考慮到FPGA的高效運(yùn)算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實(shí)現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并對影響編碼速度，且具有硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)越性的幾個重要部分進(jìn)行了算法研究和FPGA.實(shí)現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對這些模塊進(jìn)行了綜合和時序仿真，并將驗(yàn)證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進(jìn)行了在線測試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對輸入的殘差數(shù)據(jù)實(shí)時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法的改進(jìn)，算法實(shí)現(xiàn)簡單，對軟件編碼的實(shí)時性有很大幫助。本文對在單片F(xiàn)PGA上實(shí)現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設(shè)計有著積極的借鑒性。
標(biāo)簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-05-25
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。JPEG2000算法非常復(fù)雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內(nèi)存開銷，因而通過對JPEG2000算法進(jìn)行優(yōu)化并采用硬件電路來實(shí)現(xiàn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的部分或全部內(nèi)容，對加快編碼速度從而擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內(nèi)容，其一是JPEG2000算術(shù)編碼器算法的研究與硬件設(shè)計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優(yōu)化算法的設(shè)計。在研究算術(shù)編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術(shù)編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態(tài)機(jī)和二級流水線技術(shù)，并在不影響關(guān)鍵路徑的情況下通過對算術(shù)編碼步驟優(yōu)化采用硬件描述語言對算術(shù)編碼器進(jìn)行了設(shè)計，并通過了功能仿真與綜合。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設(shè)計的復(fù)雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結(jié)合率失真理論建立了算法的數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證了該算法的有效性，之后深入分析了該數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)流程，找出影響算法效率的關(guān)鍵路徑。在對算法優(yōu)化時采用黃金分割點(diǎn)算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實(shí)驗(yàn)證明，采用優(yōu)化算法在增加少量系統(tǒng)資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實(shí)現(xiàn)，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進(jìn)行編碼，通過對該算法的仿真驗(yàn)證，得出在固定碼率條件下新算法將產(chǎn)生更少的失真。
標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 標(biāo)準(zhǔn)
上傳時間： 2013-07-13
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該文為WCDMA系統(tǒng)功率控制環(huán)路與閉環(huán)發(fā)射分集算法FPGA實(shí)現(xiàn)研究.主要內(nèi)容包括功率控制算法與閉環(huán)發(fā)射分集算法的分析與討論,在分析討論的基礎(chǔ)上進(jìn)行了FPGA實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計以及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).另外在文中還介紹了可編程器件方面的常識、FPGA的設(shè)計流程以及同步電路設(shè)計方面的有關(guān)技術(shù).
上傳時間： 2013-05-18
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該文針對復(fù)雜信號實(shí)時處理的困難,提出了采用FPGA來實(shí)現(xiàn)信號處理的方法,并根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計了一個嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺.根據(jù)FPGA實(shí)現(xiàn)信號處理的關(guān)鍵點(diǎn):設(shè)計合理的FPGA結(jié)構(gòu),體現(xiàn)算法的并行性和流水性,論文著重分析了用FPGA實(shí)現(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)處理的具體方法和實(shí)現(xiàn)過程.論文從分析算法的并行度入手,提出用相關(guān)圖方法直觀反映算法的相關(guān)性,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了算法的信號流圖結(jié)構(gòu)和脈動陣列結(jié)構(gòu).并針對典型信號處理算法(矩陣運(yùn)算、卷積運(yùn)算)進(jìn)行了并行度分析,相關(guān)圖設(shè)計和從相關(guān)圖導(dǎo)出脈動陣列結(jié)構(gòu)的研究.同時針對FPGA特點(diǎn),提出了采用CORDIC結(jié)構(gòu)來設(shè)計通用運(yùn)算單元,給出其流水實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu),結(jié)合脈動陣列結(jié)構(gòu)提高了矩陣運(yùn)算性能.最后設(shè)計一個以32位CPU為核心的實(shí)驗(yàn)平臺,編寫了啟動程序和診斷程序.
標(biāo)簽： FPGA 信號處理 法的研究 實(shí)驗(yàn)
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)場可編程門陣列FPGA具有性能好、規(guī)模大、可重復(fù)編程、開發(fā)投資小等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中應(yīng)用得越來越廣泛。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，成本的不斷下降，F(xiàn)PGA正逐漸成為各種電子產(chǎn)品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復(fù)雜的設(shè)置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結(jié)構(gòu)和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產(chǎn)品設(shè)計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構(gòu)造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復(fù)雜。 基準(zhǔn)測試是用一個基準(zhǔn)設(shè)計集按照統(tǒng)一的測試規(guī)范評估和量化目標(biāo)系統(tǒng)的軟件或硬件性能，是目前計算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛、最主要的性能測試技術(shù)。 通過分析影響FPGA軟硬件性能基準(zhǔn)測試的諸多因素，比如基準(zhǔn)設(shè)計的挑選、基準(zhǔn)設(shè)計的優(yōu)化，F(xiàn)PGA軟件的設(shè)置和約等，本文基于設(shè)計和硬件分類、優(yōu)化策略分類的基準(zhǔn)測試規(guī)范，提出了一組詳盡的度量指標(biāo)。 基準(zhǔn)測試的規(guī)范如下，首先根據(jù)測試目的配置測試環(huán)境、挑選基準(zhǔn)設(shè)計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優(yōu)化基準(zhǔn)設(shè)計，然后按照速度優(yōu)先最少優(yōu)化、速度優(yōu)先最大優(yōu)化、資源和功耗優(yōu)先最少優(yōu)化、資源和功耗優(yōu)先最大優(yōu)化四種優(yōu)化策略分別編譯基準(zhǔn)設(shè)計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數(shù)據(jù)，最后使用速度優(yōu)先最少優(yōu)化下的性能集、速度優(yōu)先最少優(yōu)化性能集、資源和功耗優(yōu)先最少優(yōu)化下的性能集、資源和功耗優(yōu)先最大優(yōu)化下的性能集、速度優(yōu)先最少和最大優(yōu)化之間性能集的差、速度優(yōu)先最少優(yōu)化下性能集的比較等十個度量指標(biāo)量化性能，生成測試報告。 最后，本基準(zhǔn)測試規(guī)范被應(yīng)用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領(lǐng)域帶處理器應(yīng)用方面的性能。
標(biāo)簽： FPGA 軟硬件 性能 基準(zhǔn)測試
上傳時間： 2013-04-24
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加密算法一直在信息安全領(lǐng)域起著極其重要的作用,它直接影響著國家的安全和發(fā)展.隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,原有的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)已不能滿足人們的保密要求.在未來的20年內(nèi),高級數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn).在不對原有應(yīng)用系統(tǒng)作大的改動的情況下,3-DES算法有了很大的生存空間.該文介紹了DES和3-DES算法的概要,給出了一種電路實(shí)現(xiàn)模型,并基于XILINX公司的FPGA器件設(shè)計了IP核,介紹了I P核設(shè)計中主要模塊的設(shè)計方法.最后對該IP核進(jìn)行了分析,給出它的性能參數(shù).該課題系統(tǒng)地論述了基3-DES算法的密碼IP核設(shè)計全過程.文章首先闡述了該設(shè)計的課題背景,給出了使用VHDL方法設(shè)計密碼電路的特點(diǎn)和研究思路和特點(diǎn),然后對IP核的設(shè)計環(huán)境和密碼算法進(jìn)行了介紹.在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)討論了3-DES算法的密碼芯片設(shè)計方法和各個電路模塊實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖,包括算法電路、譯碼電路、接口電路和控制模塊電路等.通過對各個模塊設(shè)計的介紹,闡明了使用VHDL語言設(shè)計專用集成電路的原理和特點(diǎn).
上傳時間： 2013-04-24
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利用混沌的對初值和參數(shù)敏感、偽隨機(jī)以及遍歷等特性設(shè)計的加密方案,相對傳統(tǒng)加密方案而言,表現(xiàn)出許多優(yōu)越性能,尤其在快速置亂和擴(kuò)散數(shù)據(jù)方面.目前,大多數(shù)混沌密碼傾向于軟件實(shí)現(xiàn),這些實(shí)現(xiàn)方案中數(shù)據(jù)串行處理且吞吐量有限,因而不適合硬件實(shí)現(xiàn).該論文分別介紹了適合FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)并行實(shí)現(xiàn)的序列密碼和分組密碼方案.序列密碼方案,對傳統(tǒng)LFSR(線性反饋移位寄存器)進(jìn)行改進(jìn),采用非線性的混沌方程代替LFSR中的線性反饋方程,進(jìn)而構(gòu)造出基于混沌偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的加密算法.分組密碼方案,從圖像置亂的快速性考慮,將兩維混沌映射擴(kuò)展到三維空間;同時,引入另一種混沌映射對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)散操作,以有效地抵抗統(tǒng)計和差分攻擊.對于這兩種方案,文中給出了VHDL(硬件描述語言)編程、FPGA片內(nèi)功能模塊設(shè)計、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密碼硬件實(shí)現(xiàn)方案,在不考慮通信延時的情況下,可以達(dá)到每秒61.622兆字節(jié)的加密速度.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這兩種加密算法的FPGA實(shí)現(xiàn)方案是可行的,并且能夠得到較高的安全性和較快的加密速度.
標(biāo)簽： FPGA 混沌 加密芯片 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-04-24
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