Главная » 2014 » Июнь » 4 » Скачать Исследование и разработка устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации программируемых логических бесплатно
07:30
Скачать Исследование и разработка устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации программируемых логических бесплатно
Исследование и разработка устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации программируемых логических интегральных схем
Диссертация
Автор: Слик Асад Али
Название: Исследование и разработка устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации программируемых логических интегральных схем
Справка: Слик Асад Али. Исследование и разработка устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации программируемых логических интегральных схем : диссертация кандидата технических наук : 05.13.05 Москва, 2003 146 c. : 61 04-5/519-2
Объем: 146 стр.
Информация: Москва, 2003
Содержание:
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ СОКРАЩЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОСТИ 12 ПЕРЕДАВАЕМЫХ ДАННЫХ В УСТРОЙСТВАХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
11 Основные характеристики каналов связи и передаваемой 12 информации в устройствах вычислительной техники
12 Обзор существующих методов компрессии данных
13 Анализ элементной базы и устройств вычислительной 34 техники, предназначенных для сжатия данных
14 Постановка задач диссертационной работы
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ
УСТРОЙСТВА АДАПТИВНОГО СЖАТИЯ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ ПЛИС
21 Разработка основных принципов построения устройства 41 адаптивного сжатия данных
22 Исследование математической модели устройства адап- 48 тивного сжатия данных для изображений
221 Выбор линейного преобразования данных
222 Выбор дискретного косинусного преобразования 50 данных
223 Выбор параметров адаптивного дискретного коси- 56 нусного преобразования
224 Управление потерями в алгоритме компрессии изо- 59 бражений
225 Общий алгоритм сжатия изображенйй
23 Обобщенный алгоритм работы динамически реконфигу- 66 рируемого устройства компрессии данных
24 Выводы по главе
ГЛАВА 3 АЛГОРИТМЫ (МЕТОДИКА) ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АДАПТИВНЫХ УСТРОЙСТВ СЖАТИЯ ДАННЫХ
31 Построение обобщенной структуры адаптивного устрой- 71 ства сжатия информации
32 Режим реального времени для реализации алгоритмов 74 компрессии/декомпрессии видеоинформации
33 Разработка математических критерий применения и вы- 76 бора ПЛИС для динамически реконфигурируемого компрессора данных
331Временные критерии эффективного применения 76 аппаратного сжатия на динамически реконфигурируемые ПЛИС
332 Критерии оценки логической емкости динамиче- 80 ски реконфигурируемого устройства
333 Критерии выбора элементной базы (ПЛИС) в за- 82 висимости от временных параметров системы
34 Разработка методики проектирования адаптивного уст- 85 ройства сжатия изображений
35 Синтез модели адаптивного устройства сжатия данных на 97 примере видеоизображений для этапа адаптивного дискретного косинусного преобразования на языке VHDL (3
36 Выводы по главе
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ АПРОБАЦИИ АДАПТИВНОГО
УСТРОЙСТВА СЖАТИЯ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ
ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ ПЛИС
41 Программная реализация дискретного косинусного пре- 107 образования
42 Результаты моделирования алгоритма в среде MATLAB
43 Результаты разработки VHDL-описаний для АДКП
44 Результаты натурного эксперимента 118 43 Выводы по главе
Введение:
Актуальность проблемы. В настоящее время все большее распространение получают вычислительные устройства для сжатия данных. Это объясняется развитием телекоммуникационной и вычислительной техники, что ведет к росту объемов передаваемой информации. По мере увеличения потребности в системах передачи данных пользователи все чаще сталкиваются с проблемами, обусловленными недостаточной пропускной способностью линий связи LAN-WAN, т.к. для этой цели довольно широко используются обычные коммутируемые телефонные каналы, обеспечивающие скорость передачи данных до 28,8 Кбит/с [1].
Задача увеличения эффективности использования пропускной способности каналов удаленного доступа - одна из основных в телекоммуникационных и информационно-вычислительных технологиях. При этом возможны следующие способы решения данной задачи:
1) переход на новые каналы связи с большей пропускной способностью;
2) сжатие (компрессия) данных при их передаче по низкоскоростным каналам.
Первый вариант требует весьма значительных материальных затрат, т.е. задача повышения эффективности использования обычных телефонных линий остается очень актуальной, что требует разработки новых подходов к сжатию.
Алгоритмы сжатия данных могут быть реализованы:
1) программно,
2) аппаратно,
3) аппаратно-программно.
Программные продукты, предназначенные для сжатия данных, используются в основном для экономии места на магнитных носителях и не пригодны для работы в режиме on-line [2]. Такое программное обеспечение используется в режиме off-line - по линиям связи передаются уже предварительно сжатые данные.
На сегодняшний день только устройства аппаратного сжатия данных могут обеспечить работу в приложениях в режиме реального времени [3] (когда компрессия и передача данных по сети происходит практически одновременно). В то же время существенным недостатком большинства аппаратных устройств является их ориентация на работу только с каким-либо одним видом приложений или типом данных. Такой подход дает эффективные результаты, когда область применения системы заранее известна (например, передача речи, изображений и т.п). Однако если тип информации, передаваемой по каналу связи, предсказать нельзя, то подобный вариант неэффективен для многих приложений. Таким образом, возникает задача выбора алгоритма сжатия данных в зависимости от типа передаваемой информации.
Появление динамически реконфигурируемых ПЛИС позволяет разрешить проблемы, связанные со значительными аппаратными затратами при реализации многих алгоритмов. В этих микросхемах была реализована идея программируемой архитектуры, позволяющая использовать гибкость программного подхода и скорость жесткой логики одновременно.
Из вышесказанного следует, что разработка устройства, которое обеспечивает оптимальный выбор алгоритма и высокую степень сжатия в режиме реального времени (on-line) для любых типов передаваемых данных в каналах связи, является актуальной задачей в области телекоммуникации.
Цель работы - ? увеличение объема передаваемых данных при существующей пропускной способности каналов связи путем уменьшения их избыточности за счет изменения структуры устройства сжатия для различных типов данных на основе динамической реконфигурации ПЛИС.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:
1. Провести анализ современных методов сжатия данных на основе программных и аппаратных средств. Определить эффективность их применения для данных различного типа.
2. Разработать и исследовать метод адаптивного сжатия данных, основанный на динамической реконфигурации аппаратных средств.
3. Разработать методику проектирования адаптивного устройства сжатия на основе ПЛИС.
4. Исследовать эффективность применения новых методов, а также разработать устройство адаптивного сжатия данных в компьютерных системах передачи видеоизображений.
Научная новизна Разработаны:
1. Обобщенная структура устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации ПЛИС.
2. Алгоритм функционирования адаптивного устройства сжатия данных.
3. Новый алгоритм компрессии изображений с возможностью адаптации к параметрам сжимаемых данных.
4. Новый алгоритм расчета дискретных преобразований, позволяющий адаптироваться к параметрам обрабатываемых данных.
5. Методика проектирования вычислительного устройства для выполнения адаптивного дискретного косинусного преобразования.
6. Методика проектирования адаптивного устройства сжатия данных для обработки видеоизображений.
Практическая ценность работы
1. Результаты работы могут быть использованы для передачи изображения фотографического качества в режиме реального времени в устройствах вычислительной техники и систем управления.
2. Разработанный алгоритм расчета адаптивных преобразований позволяет сократить время обработки информации (в системах сжатия и ЦОС).
3. Разработанная методика проектирования адаптивного устройства сжатия информации позволяет сократить время выхода сложных электронных изделий на рынок.
Методы исследования
Для решения поставленных научных задач в работе используются методы вычислительной математики, дифференциального исчисления, теории множеств, кибернетики, теоретической и прикладной электроники, теории программирования и математической логики. При обработке экспериментальных данных применяются статистические методы. Апробация результатов работы
Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на:
• II международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (2001 г., Новочеркасск);
• Всероссийской научно-технической конференции «Электроника» (2001 г., Москва, 2 доклада);
• Всероссийской научно-технической конференции «Реконфигурируемые электронные средства в системах обработки информации» (25—27 апреля 2002 г., Владимир);
• Российской научно-технической конференции по атмосферному электричеству;
• Международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в системах передачи информации-2003» (2003 г., Владимир-Суздаль).
Реализация и внедрение результатов исследования адаптивного устройства сжатия информации - внедрено на ОАО «Владимирское конструкторское бюро радиосвязи», а также в учебном процессе кафедры «Информатика и защита информации». Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, а также списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах печатного текста и содержит список литературы из 120 наименований (на 10 страницах).
