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JPEG2000基于位平面掃描的上下文編碼的研究和FPGA實現(xiàn)

JPEG2000是新一代的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進(jìn)傳輸和感興趣區(qū)域編碼等，因而它具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在數(shù)碼相機(jī)、PDA等便攜式設(shè)備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優(yōu)化截斷點的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于JPEG，完全采用軟件方案實現(xiàn)將會占用大量的處理器時間和內(nèi)存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產(chǎn)品、消費類電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現(xiàn)的算法實時處理方案具有重要的應(yīng)用價值。 EBCOT算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關(guān)鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，但邏輯控制流程復(fù)雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現(xiàn)該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現(xiàn)該算法并進(jìn)行優(yōu)化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了列判斷和交錯存儲相結(jié)合的硬件實現(xiàn)方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應(yīng)的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內(nèi)完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現(xiàn)方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進(jìn)傳輸?shù)哪芰Γa流組織是獲得漸進(jìn)傳輸特性的技術(shù)關(guān)鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數(shù)據(jù)包的先后順序來實現(xiàn)漸進(jìn)傳輸?shù)哪康摹１疚膶PEG2000中實現(xiàn)漸進(jìn)傳輸?shù)臋C(jī)制進(jìn)行了分析，并研究了碼流組織的算法實現(xiàn)。 為了對JPEG2000算法實現(xiàn)進(jìn)行驗證，本文設(shè)計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術(shù)編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數(shù)據(jù)打包以及和PC機(jī)的通信。本文在該平臺上對所設(shè)計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設(shè)計進(jìn)行了驗證，實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。

標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 編碼

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：獨孤求源

JPEG2000中小波變換的研究與FPGA實現(xiàn)

JPEG2000是新一代圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),JPEG2000與傳統(tǒng)JPEG最大的不同,在于它放棄了JPEG所采用的以離散余弦變換(Discrete Cosine Transform)為主的區(qū)塊編碼方式,而采用以小波轉(zhuǎn)換(Wavelet Transform)為主的多解析編碼方式.離散小波變換算法是現(xiàn)代譜分析工具,在圖像處理與圖像分析領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用.由于JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)具有復(fù)雜的算法,全部用軟件來實現(xiàn)將會占用很大的處理器時間開銷和內(nèi)存開銷,尤其對于實時圖像傳輸和處理系統(tǒng),因而用硬件電路來實現(xiàn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的部分或全部,就具有重要的意義,本課題的目的就是用硬件電路來實現(xiàn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中的離散小波變換部分,論文研究的主要工作就是設(shè)計了一個符合JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的多級二維離散小波變換的硬件電路.論文研究的內(nèi)容主要分為兩部分,第一部分首先分析了JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)和離散小波變換的原理,重點研究了離散小波變換的快速算法,包括第一代小波變換所采用的卷積算法和第二代小波變換所采用的提升算法,然后具體分析了離散小波變換在JPEG2000中的具體實現(xiàn).論文第二部分對兩種離散小波變換快速算法的硬件實現(xiàn)進(jìn)行了比較,并選擇卷積濾波算法作為硬件實現(xiàn)的對象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具體設(shè)計了離散小波變換的各個模塊,所有的模塊都是有硬件描述語言(Verilog HDL)來實現(xiàn),經(jīng)過仿真和邏輯綜合,在一塊自行設(shè)計的FPGA開發(fā)板上進(jìn)行了驗證.仿真和驗證的結(jié)果表明了該小波變換的硬件電路符合JPEG2000標(biāo)準(zhǔn),具有較高的速度和信噪比.

標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 小波變換

上傳時間： 2013-04-24

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MPEG2圖像加密的FPGA實現(xiàn)

本論文討論的是如何對符合DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)中的MPEG2圖像實現(xiàn)底層硬件的實時加/解密.數(shù)字圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)是某公司研發(fā)的符合DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的實時圖像語音無線傳輸系統(tǒng),通過對實時采集的圖像等信息的發(fā)射與接收實現(xiàn)對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的無線監(jiān)控.為了保證圖像數(shù)據(jù)在傳輸中的保密性,設(shè)計了基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統(tǒng).該系統(tǒng)由加/解密算法模塊和密鑰管理模塊組成.加/解密算法模塊完成發(fā)射機(jī)及接收機(jī)中的實時數(shù)據(jù)流的加/解密,該模塊是基于FPGA的,采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)DES(Dara Encryption Standard)算法,實現(xiàn)了對MPEG2 TS流的硬件加/解密.密鑰管理模塊完成加/解密模塊的密鑰產(chǎn)生、管理、控制、輸入等功能.本論文首先介紹了密碼學(xué)的基本知識及幾種典型的加密體制和算法.接著介紹了DVB-T數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu).然后對圖像加解密器的系統(tǒng)設(shè)計原理及實現(xiàn)做了詳細(xì)介紹.在此基礎(chǔ)上,介紹了FPGA中的加密算法的仿真及實現(xiàn)和密鑰管理模塊的實現(xiàn).最后介紹了系統(tǒng)的硬件電路和整個系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試.本人的工作主要包括:1.查閱資料,了解密碼學(xué)及DVB系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域知識.2.根據(jù)項目要求設(shè)計基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統(tǒng)方案.3.基于FPGA完成MPEG2圖像的底層硬件加密及解密邏輯程序設(shè)計,并設(shè)計各個控制程序和驅(qū)動.4.設(shè)計系統(tǒng)原理圖及電路板,完成系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試和與全系統(tǒng)的聯(lián)調(diào).

標(biāo)簽： MPEG2 FPGA 圖像加密

上傳時間： 2013-06-30

上傳用戶：jiiszha

FPGA用于160Gbs高速光纖通信系統(tǒng)中PMD補(bǔ)償?shù)难芯?/a>

標(biāo)簽： FPGA 160 Gbs PMD

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：suxuan110425

基于FPGA的JPEG編解碼芯片設(shè)計

近年來,隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)字圖像壓縮編碼技術(shù)的逐漸成熟,實時圖象處理在多媒體、HDTV、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用,圖像壓縮/解壓的IC芯片也已成為多媒體技術(shù)的核心,實現(xiàn)這些算法芯片的研究成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點.該文基于FPGA設(shè)計了JPEG圖像壓縮編解碼芯片,通過改進(jìn)算法優(yōu)化結(jié)構(gòu),在合理地利用硬件資源的條件下,有效地挖掘出算法內(nèi)在的并行性.在JPEG編碼器設(shè)計中,改進(jìn)了JEONG的DCT變換算法,采用流水線優(yōu)化算法解決時間并行性問題,提高了DCT/IDCT模塊的運算速度;設(shè)計了基于查找表結(jié)構(gòu)的定點乘法器,便于在設(shè)計中共享乘法單元,以適應(yīng)流水線設(shè)計的要求;依據(jù)Huffman編碼表的規(guī)律性,采用并行查找表結(jié)構(gòu),用較少的存儲單元完成Huffman編解碼的運算,同時也提高了編解碼速度.在JPEG解碼器設(shè)計中,根據(jù)Huffman碼字本身的特點和JPEG標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計了一種Huffman碼字分組結(jié)構(gòu),基于該結(jié)構(gòu)提出分組Huffman查找表及地址編碼的設(shè)計方法,進(jìn)而完成了新的快速Huffman解碼算法及其模塊設(shè)計.整個設(shè)計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平臺上進(jìn)行了邏輯綜合及功能和時序仿真.綜合和仿真結(jié)果表明,基于FPGA的JPEG圖像編解碼芯片消耗很少的FPGA硬件資源,達(dá)到了較高的工作頻率,在速度和資源利用率方面均達(dá)到了較優(yōu)的狀態(tài),可滿足實時JPEG圖像編解碼的要求.在邏輯設(shè)計的基礎(chǔ)上,該設(shè)計可以進(jìn)一步作硬件仿真和實驗,將源代碼燒錄進(jìn)FPGA芯片,作為獨立器件或有自主知識產(chǎn)權(quán)的JPEG IP模塊,應(yīng)用于可視電話、手機(jī)和會議電視等低成本JPEG編解碼系統(tǒng)的實現(xiàn).

標(biāo)簽： FPGA JPEG 編解碼 芯片設(shè)計

上傳時間： 2013-05-31

上傳用戶：yuying4000

基于FPGA的JPEG圖像壓縮芯片設(shè)計

該文探討了以FPGA(Field Programmable Gates Array)為平臺,使用HDL(Hardware Description Language)語言設(shè)計并實現(xiàn)符合JPEG靜態(tài)圖象壓縮算法基本模式標(biāo)準(zhǔn)的圖象壓縮芯片.在簡要介紹JPEG基本模式標(biāo)準(zhǔn)和FPGA設(shè)計流程的基礎(chǔ)上,針對JPEG基本模式硬件編碼器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點,提出了一種新的改進(jìn)結(jié)構(gòu).JPEG基本模式硬件編碼器改進(jìn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想、設(shè)計結(jié)構(gòu)和Verilog設(shè)計實現(xiàn)在其后章節(jié)中進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并分別給出了改進(jìn)結(jié)構(gòu)中各個模塊的單獨測試結(jié)果.在該文的測試部分,闡述利用實際圖像作為輸入,從FPGA的輸出得到了正確的壓縮圖像,計算了相應(yīng)的圖像壓縮速度和圖象質(zhì)量指標(biāo),并與軟件壓縮的速度和結(jié)果做了對比,提出了未來的改進(jìn)建議.

標(biāo)簽： FPGA JPEG 圖像壓縮 芯片設(shè)計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：Andy123456

基于FPGA的MPEG4編解碼芯片開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計研究

MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),基于MPEG-4的視頻處理系統(tǒng)有兩種體系結(jié)構(gòu):可編程結(jié)構(gòu)和專用結(jié)構(gòu).可編程結(jié)構(gòu)靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復(fù)雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結(jié)構(gòu)硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設(shè)計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設(shè)計的芯片要實現(xiàn)Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規(guī)模FPGA的軟硬件相結(jié)的芯片設(shè)計方案,我們設(shè)計了基于FPGA的MPEG-4芯片設(shè)計開發(fā)平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內(nèi)外實現(xiàn)MPEG-4視頻處理系統(tǒng)的主要方法和應(yīng)用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設(shè)計的一般方法及其發(fā)展趨勢,詳細(xì)描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發(fā)系統(tǒng)各個電路模塊的設(shè)計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I

標(biāo)簽： MPEG4 FPGA 編解碼芯片 開發(fā)系統(tǒng)

上傳時間： 2013-06-15

上傳用戶：it男一枚

基于FPGA的混沌加密芯片技術(shù)研究

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現(xiàn),這些實現(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.實驗結(jié)果表明,這兩種加密算法的FPGA實現(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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基于FPGA的機(jī)載二次雷達(dá)硬件系統(tǒng)

二次雷達(dá)(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和軍事敵我識別(Identification Friend or Foe)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分,由于這兩個應(yīng)用領(lǐng)域都要求很高的可靠性和穩(wěn)定性,因此,二次雷達(dá)一直是國內(nèi)外雷達(dá)信號處理領(lǐng)域的研究熱點.傳統(tǒng)的機(jī)載二次雷達(dá)應(yīng)答器普遍采用中小規(guī)模集成電路和分立元件設(shè)計,其穩(wěn)定性和可靠性差,實時處理能力也很有限,無法完成高密度、大容量的應(yīng)答.針對這些缺陷,本論文提出一種全新的應(yīng)答數(shù)字信號處理器硬件結(jié)構(gòu),即FPGA+DSP的混合結(jié)構(gòu).這種硬件體系結(jié)構(gòu)的特點是可靠性高,集成度高,通用性強(qiáng),適于模塊化設(shè)計,處理速度快,能實時處理多個應(yīng)答信號,以及進(jìn)行置信度分析和生成報表.此項目中,本文作者主要負(fù)責(zé)FPGA部分硬件設(shè)計.FPGA主要完成雙通道數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)生視頻信號和旁瓣抑制信號、計算當(dāng)前飛機(jī)相對本地接收天線的方位和距離、與DSP實時交換數(shù)據(jù)、上傳報表等功能.論文詳細(xì)分析了接收機(jī)信號處理算法在FPGA中的硬件實現(xiàn)方案,在提高系統(tǒng)可靠性、堅固性以及FPGA資源的合理利用方面做了深入的探討.同時給出不同層次關(guān)鍵模塊的HDL實現(xiàn)及其時序仿真結(jié)果.

標(biāo)簽： FPGA 機(jī)載 二次雷達(dá) 硬件系統(tǒng)

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：西伯利亞狼

基于FPGA的數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)技術(shù)研究

遙測系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收天線、接收機(jī)組成.就遙測發(fā)射系統(tǒng)而言,傳統(tǒng)的模擬調(diào)制已經(jīng)很成熟,模擬發(fā)射機(jī)是利用調(diào)制信號的變化來控制變?nèi)荻O管的結(jié)電容容值的變化,從而改變壓控振蕩器的震蕩頻率來實現(xiàn)調(diào)頻;模擬調(diào)制碼速率、調(diào)制頻偏都受變?nèi)荻O管特性的限制,模擬調(diào)制功能單一、調(diào)制方式不可重組、單個系統(tǒng)調(diào)制頻率不可改變,無法滿足頻率多變的需求;隨著高速器件和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)具有調(diào)制中心頻率可調(diào)、頻偏可編程、調(diào)制方式可重組、調(diào)制碼速率高、可實現(xiàn)較高的頻響、可以與編碼器合并擴(kuò)展功能很強(qiáng)等優(yōu)點,成為今后發(fā)射機(jī)的發(fā)展主流.本論文討論了如何利用現(xiàn)場可編程器件FPGA結(jié)合Max+plusⅡ及VHDL語言,在遙測系統(tǒng)中實現(xiàn)了DDS+PLL+SSB模式的數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī).數(shù)字發(fā)射機(jī)設(shè)計主要包括方案選擇、系統(tǒng)設(shè)計、硬件電路實現(xiàn)及VHDL設(shè)計四個部分.論文中首先分析了目前遙測系統(tǒng)中使用的模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)的不足及數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)的優(yōu)點,確定了發(fā)射機(jī)的設(shè)計方案;第二章介紹了電子設(shè)計自動化工具及數(shù)字電路設(shè)計方法;第三章詳細(xì)討論了組成發(fā)射機(jī)的各個部分的原理設(shè)計;第四章著重討論了各個部分的硬件電路實現(xiàn)、VHDL實現(xiàn)部分及設(shè)計的測試結(jié)果;最后總結(jié)了設(shè)計中需要進(jìn)一步研究的問題.

標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字調(diào)頻 發(fā)射機(jī) 技術(shù)研究

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：程嬰sky