Исследование и разработка устройства адаптивного сжатия данных на основе динамической реконфигурации программируемых логических интегральных схем

• Автор: Слик Асад Али
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СОКРАЩЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОСТИ ПЕРЕДАВАЕМЫХ ДАННЫХ В УСТРОЙСТВАХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
1.1. Основные характеристики каналов связи и передаваемой информации в устройствах вычислительной техники

1.2. Обзор существующих методов компрессии данных

1.3. Анализ элементной базы и устройств вычислительной техники, предназначенных для сжатия данных

1.4. Постановка задач диссертационной работы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА АДАПТИВНОГО СЖАТИЯ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ ПЛИС

2.1. Разработка основных принципов построения устройства адаптивного сжатия данных

2.2. Исследование математической модели устройства адаптивного сжатия данных для изображений

2.2.1. Выбор линейного преобразования данных

2.2.2. Выбор дискретного косинусного преобразования данных
2.2.3. Выбор параметров адаптивного дискретного косинусного преобразования
2.2.4. Управление потерями в алгоритме компрессии изображений
2.2.5. Общий алгоритм сжатия изображенйй
2.3. Обобщенный алгоритм работы динамически реконфигурируемого устройства компрессии данных
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АДАПТИВНЫХ УСТРОЙСТВ СЖАТИЯ ДАННЫХ
3.1. Построение обобщенной структуры адаптивного устройства сжатия информации
3.2. Режим реального времени для реализации алгоритмов компрессиидекомпрессии видеоинформации
3.3. Разработка математических критерий применения и выбора ПЛИС для динамически реконфигурируемого компрессора данных
3.3.1 .Временные критерии эффективного применения аппаратного сжатия на динамически реконфигурируемые ПЛИС
3.3.2. Критерии оценки логической емкости динамически реконфигурируемого устройства
3.3.3. Критерии выбора элементной базы ПЛИС в зависимости от временных параметров системы
3.4. Разработка методики проектирования адаптивного устройства сжатия изображений
3.5. Синтез модели адаптивного устройства сжатия данных на примере видеоизображений для этапа адаптивного дискретного косинусного преобразования на языке УГЮЬ 3.
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ АПРОБАЦИИ АДАПТИВНОГО
УСТРОЙСТВА СЖАТИЯ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ
ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ ПЛИС
4.1. Программная реализация дискретного косинусного преобразования
4.2. Результаты моделирования алгоритма в среде МАТЬАВ
4.3. Результаты разработки УПОЬописаний для АДКП
4.4. Результаты натурного эксперимента
4.3. Выводы но главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АССИ Адаптивная система Сокращения Избыточности. АЧХ Амплитудная Частотная Характеристика.
АДКП Адаптивное Дискретное Косинусное Преобразование. БИС Большие Интегральные Схемы.
ДВП Дискретное Вейвлетное Преобразования.
ДКП Дискретное Косинусное Преобразования.
ДРВ Динамический Реконфигурируемые Вычислители.
ДРС Динамическая Реконфигурируемая Система.
ИМС Интефальные Микросхемы.
ИС Интегральные Схемы.
МОП МеталлОксидIПолупроводник.
МПА Метод Полиномиальное Аппроксимация.
ОЗУ Оперативное Запоминающее Устройство.
ПЛ Программируемая Логика.
ПЛИС Профаммируемые Логические Интефальные Схемы. ПС Пропускная Способность.
РСП Реконфигурируемые Сопроцессор.
САПР Системы Автоматизированное Проектирование. СБИС Сверхбольшие Интефальные Схемы.
ЦОС Цифровая Обработка Сигналов.
СОВ Среднее квадратичное Отклонение Восстановление.
i i i.
.
x vi.
i i .
i v .
i i . i .
i .
I Ii i i i.
I i i .
II ii i ii i i x .
.
i .
i i x .
X x.
ii i i.
ii i.
i.
.
i.
i ix.
i .
I I x I i .
V V i ii .
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Новый алгоритм расчета дискретных преобразований, позволяющий адаптироваться к параметрам обрабатываемых данных. Методика проектирования вычислительного устройства для выполнения адаптивного дискретного косинусного преобразования. Методика проектирования адаптивного устройства сжатия данных для обработки видеоизображений. Результаты работы могут быть использованы для передачи изображения фотографического качества в режиме реального времени в устройствах вычислительной техники и систем управления. Разработанный алгоритм расчета адаптивных преобразований позволяет сократить время обработки информации в системах сжатия и ЦОС. Разработанная методика проектирования адаптивного устройства сжатия информации позволяет сократить время выхода сложных электронных изделий на рынок. 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. II международной научнопрактической конференции Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах г. Всероссийской научнотехнической конференции Электроника г. Всероссийской научнотехнической конференции Реконфигурируемые электронные средства в системах обработки информации апреля г. Международной научнотехнической конференции Перспективные технологии в системах передачи информации г. ВладимирСуздаль. ОАО Владимирское конструкторское бюро радиосвязи, а также в учебном процессе кафедры Информатика и защита информации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, а также списка литературы и приложений. Работа изложена на 4 страницах печатного текста и содержит список литературы из 0 наименований на страницах. По теме диссертации опубликовано печатных работ, из них 5 статей в том числе 3 в центральных изданиях и 6 тезисов докладов на конференциях. В первой главе рассмотрены методы, алгоритмы и области применения сжатия, а также способы их реализации. Произведен анализ основных достоинств и недостатков применяемой в настоящее время элементной базы, формулируются цель и задачи диссертационной работы. Вторая глава посвящена разработке нового алгоритма компрессии изображений, обладающего возможностями адаптации к входным данным и ориентированного на реализацию в динамически реконфигурируемых ПЛИС. Предложен обобщенный алгоритм работы динамически реконфигурируемого устройства компрессии данных. В третьей главе предлагается методика проектирования адаптивного устройства сжатия изображений, рассмотрены общие принципы выбора ПЛИС для динамически реконфигурируемого устройства компрессии данных. Четвертая глава посвящена исследованиям разработанных моделей, лежащих в основе принципов создания динамически реконфигурируемых устройств сжатия информации на базе ПЛИС и результатам внедрения разработанного устройства. ГЛАВА 1. Большая часть передаваемых в канале связи данных обладает избыточностью. Уменьшение избыточности позволяет повысить эффективность использования линий связи. Первая глава посвящена анализу алгоритмов сокращения избыточности передаваемой информации и способов их реализации сравнению программной, аппаратной и аппаратнопрограммной реализации методов сжатия, выбору элементной базы, на основе которой возможно создание динамически реконфигурируемых систем для аппаратного сжатия информации. Результатом проведенного анализа является постановка задач исследования. Основной областью применения методов компрессии данных являются системы передачи информации компьютерные сети, системы радиосвязи, телевидение и т. По этой причине необходимо проанализировать основные характеристики систем связи с целью определения требований, предъявляемых к методам и устройствам сжатия данных. Линия связи канал связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются информационные сигналы. Сигналы могут иметь различную природу быть электрическими, оптическими, акустическими и т.