反重叠变换的快速算法及其FPGA实现

常用的反重叠变换算法运算复杂度较大,难以在FPGA中应用。根据DCT_IV的正交性和对称性,提出了基于M/2点FFT蝶形运算的反重叠变换快速算法。进一步分析了算法的复杂度,采用并行处理和流水线技术完成了反重叠变换快速算法的硬件设计和FGPA实时实现。     

基于旋转算术的正交变换快速分解算法

传统上都采用“乘加算术”实现正交变换,鲁棒性差。该文基于新的快速“旋转算术”,提出了各种正交变换包括重叠正交变换快速分解算法与运算结构。它们可以结合使用,将各种正交变换快速分解为Ｇｉｖｅｎｓ旋转序列,用快速旋转器硬件有效地进行运算,使整个变换所需“右移—加”运算次数大大减少,以至于其计算复杂度与传统的“乘加算术”可比,从而可以用在一类新型的以快速旋转器为内核实现各种正交变换的ＶＬＳＩ微处理器中。为此还按照所提出的算法开发了一个与微处理器相应的、能够产生高效控制代码的编译器。     

结合快速傅里叶变换和线性调频变换的快速波达方向估计

针对阵列信号处理中传统多重信号分类(MUSIC)算法估计信号波达方向(DOA)时运算量庞大,导致其在实时性需求较高的场合应用受限的问题,提出一种结合快速傅里叶变换和线性调频变换的快速DOA估计算法。该算法以降低MUSIC算法谱峰搜索的运算复杂度为目的,首先利用分片搜索的思想并结合快速傅里叶变换对估计的信号子空间矢量进行波束形成,近似估计信号DOA,获取其对应波束指向及该波束指向对应的空域角度范围,避免了对全空域角度范围的谱峰搜索;然后,针对已确定的空域角度范围,结合线性调频变换算法实现信号DOA的精确估计,通过将MUSIC算法中对估计的噪声子空间矢量的加权处理转化为可以快速实现的序列的圆周卷积,降低精确估计信号DOA时谱峰搜索的运算复杂度。理论分析和仿真实验表明:相比于经典的MUSIC算法,所提算法能够在保证信号DOA估计精度的前提下将MUSIC算法谱峰搜索的运算复杂度降至原复杂度的10%以下;对于阵列孔径较大和DOA估计精度要求较高的场景,所提算法的计算效率优势更为明显。     

一种有效的MDCT/IMDCT快速算法

提出了一种输入序列长度为N=5×2m的改进型的离散余弦变换（MDCT）的有效算法,可以有效减少数据量,提高计算机储存和运算效率.首先将序列长度为N的MDCT转化为N/2的离散余弦变换IV型（DCT-IV）,然后将后者转化为长度为N/2的离散余弦变换II型（DCT-II）,最后再通过加法和乘法运算实现快速计算过程.同时,分析该算法的算术复杂度.结果表明,较之传统方法,提出的算法能使常用窗型下的MDCT算术复杂度降低20%以上,实现了音频和语音编码领域的运算效率的提高.     

基于提升FFT框架的快速离散Curvelet变换

为了降低Curvelet变换的计算复杂度,文中提出了基于提升傅里叶变换的快速离散Curvelet变换(Fast Discrete Curvelet Transform,FDCT).采用提升傅里叶变换解决传统FDCT中的傅里叶变换的非线性问题,将傅里叶变换中的复数乘法通过提升结构转变为简单的加法进行运算,极大降低了运算的复杂度.实验验证了该方法的有效性.     

利用整数变换的高效图像可逆信息隐藏方法

针对Alattar算法运算复杂度过高的问题,提出一种基于整数变换的高效图像可逆信息隐藏方法.该方法在数据嵌入和提取过程中,只需要对各宿主向量进行一次整数变换,且所有向量通过整数变换后即可直接判定该向量是否可用于嵌入机密数据,降低了数据嵌入和提取过程中的运算复杂度.实验结果表明:该方法具有较大的数据嵌入容量,较好的隐蔽性和较低运算复杂度,在正确提取嵌入数据后可无失真恢复原图像.     

8096的快速傅立叶变换汇编程序设计

使用单片机采集的数据进行实时快速傅立叶变换在仪表的智能化控制中具有重要应用。笔者给出了8096汇编语言设计快速傅立叶变换程序的思路和经验。以8096的四字节浮点数运算功能实现快速傅立叶变换,选用了倒序输入时间抽取快速傅立叶变换算法,采用通常的基2运算。快速傅立叶变换程序主要由三部分组成:倒序处理、主程序、碟形运算子程序。倒序处理生成倒序序列;主程序提供碟形运算的入口和参数;碟形运算作为快速傅立变换算法的核心在很大程度上决定主程序的实时性,并给出了变换核心的碟形算子程序。编制的8096汇编语言64点快速傅立叶变换程序已用于某石油仪器。这方法适用于点数不大的快速傅立叶变换的编程和其他汇编语言的快速傅立叶变换的编程。     

快速RSA算法研究

大整数模幂乘运算一直是制约RSA广泛应用的瓶颈，本文在对传统算法剖析的基础上，提出了一种新的快速模乘算法，借鉴生成Wallace tree的思想，结合查找表和并行乘法运算进行RSA模幂运算。理论分析和试验证明新算法时间复杂度降低到O（logn）。     

基于DSP的IMDCT快速算法

修正离散余弦变换 ( MDCT)在音视频信号编码中得到广泛地应用 ,其快速算法在实时编解码系统中尤为重要。论文给出了一种适用于数字信号处理器 ( DSP)实现的修正离散余弦反变换 ( IMDCT)快速算法—用 M/ 2点时间抽取 ( decimation in time,DIT)分裂基 FFT实现 2 M点的IMDCT。算法是基于蝶形运算组成 ,在 DSP中可以获得很高的运算效率。该算法的蝶形运算结构同样适用于正向MDCT。在由定点 DSP实现的活动图像专家组 ( MPEG)音频层 III解码器中 ,与 MPEG音频压缩标准 ISO/ IEC 11172 -3中给出的 IMDCT运算量相比较 ,该文提出的 IMDCT快速算法节省了 2 / 3的运算时间和 1/ 2的存储空间。     

基于DSP的小波编码的快速算法及实现

提出了一种基于数字信号处理（DSP）实现的快速小波编码方法。该方法将小波变换的卷积运算转换为矩阵相乘加，并根据DSP的指令和结构特点将矩阵分解，以移位运算来代替乘加运算从而大大提高了运算效率。在后续的系数换位中，运用了并行运算的思想来提高速度，最后还对小波变换的后续熵编码算法进行了比较和选择。结果表明，快速算法在数码相机的实验系统上运行有很好的效果。     

Research on variable block size motion estimation algorithm for airborne image

A fast motion estimation algorithm for variable block-size using the ＂line scan and block merge procedure＂ is proposed for airborne image compression modules.Full hardware implementation via FPGA is discussed in detail.The proposed pipelined architecture based on the line scan algorithm is capable of calculating the required 41 motion vectors of various size blocks supported by H.264 within a 16 × 16 block in parallel.An adaptive rate distortion cost function is used for various size block decision.The motion vectors of adjacent small blocks are merged to predict the motion vectors of larger blocks for reducing computation.Experimental results show that our proposed method has lower computational complexity than full search algorithm with slight quality decrease and little bit rate increase.Due to the high real-time processing speed it can be easily realized in hardware.     

一种用于正交频分复用系统频偏盲估计的快速算法

针对利用多项式求根实现类music算法时计算量过高的缺点,提出一种适用于小频偏情况下的快速算法.该方法利用三角函数的Taylor级数展开,通过合理选取展开阶数对度量函数进行低阶函数逼近,并借助低阶多项式求根实现快速频偏估计.理论分析和计算机仿真结果表明,本算法在保证估计精度的前提下极大地降低了计算复杂度,优于原算法.     

基于近似核FFT快速测频算法的FPGA实现

通过理论分析高阶近似核FFT和基2 DIF-FFT的结构,实现了基于64点近似核DFT的快速算法。算法基于基2 DIF-FFT的结构,通过蝶形运算和分解算法有效的减少了运算量,提高了低阶FFT的动态范围,易于硬件实现。理论分析和FPGA硬件实验结果验证了算法的有效性。     

一种低复杂度球译码算法在STBC-OFDM中的应用

STBC-OFDM系统能够提供分集增益和编码增益,但采用ML(最大似然)译码时计算量很大,满足不了高速实时通信系统的要求。本文提出了一种在球半径范围内搜索向量的方法,即球译码方法,并在复域内提出一种基于重新排序的更好的搜索算法。该算法通过优化球半径迭代,加快了信号矢量搜索速度。仿真结果显示:与其他方法比较,该算法在计算量方面具有更大优势,平均浮点运算降低了大约75%,大大提高了运算效率。     

MIMO下预编码辅助空间调制的接收天线选择

预编码辅助空间调制(pre-coding aided spatial modulation,PSM)通过激活接收天线的索引在空间域中传输信息比特。将接收天线选择(receive antenna selection,RAS)技术引入到PSM系统中,可以提高PSM系统的性能。在传统的PAS算法中,穷举搜索算法的系统性能最优,但穷尽搜索会导致其计算复杂度较高;快速RAS算法的计算复杂度较低,但其系统性能较差。因此,针对PSM系统的RAS算法,需要寻找一个折中的方案以适用于实际的通信系统。通过利用信道矩阵的最大和最小特征值(maximum and minimum eigenvalue,MME),设计了MME-RAS算法。分析和仿真结果表明,该算法相比于快速RAS算法计算复杂度略有提升,但可以使系统性能提高1 dB左右;相比于穷举搜索算法可以使计算复杂度降低70%以上,并且其系统性能接近于穷举搜索算法。     

精确块快速多通道投影算法

声回波对消领域中,多通道仿射投影算法具有良好的收敛性能,但计算复杂度较高.本文在多通道仿射投影算法基础上引入“精确块”及FTF等技术,得到了精确块快速多通道投影算法.新算法收敛性能与原算法相同,而计算复杂度大大降低.     

基于辅助粒子滤波的盲多用户检测快速算法

针对粒子滤波在盲多用户检测中计算复杂的问题，构建了一种低复杂度的辅助粒子滤波盲多用户检测快速算法．在同步快变平衰落信道下，该算法对超过门限数目的粒子进行分类，并以匹配滤波检测器的检测值作为相应类别粒子权系数的加速依据，以不同类别粒子的概率差闽值及匹配滤波检测器的检测值作为粒子滤波所需粒子数目是否足够的判断准则，自动调节不同情况下所需的粒子数目，通过降低粒子数目来降低粒子滤波盲多用户检测算法的计算复杂度．仿真结果表明，辅助粒子滤波快速算法在多用户检测性能上可与原粒子滤波算法相比拟，且计算量可降低30％～40％．     

非平稳随机过程五阶累积量计算的简化算法

四次相位耦合是水下目标辐射噪声非线性的重要特征,五阶累积量正是提取这些特征的必要工具,但五阶累积量计算复杂,难以工程实现。为了解决这一问题,研究了非平稳随机过程五阶累积量递推计算与计算量的关系,提出了五阶累积量计算的简化算法。理论分析与仿真表明：五阶累积量计算的简化算法能大幅度地减小计算量,通过简化计算得到的五阶累积量仍有良好的抑制高斯噪声性能,这为高阶统计量的工程应用提供了一种有效手段。     

K近邻的自适应谱聚类快速算法

谱聚类算法建立在谱图划分理论基础上,与传统的聚类算法相比,它具有能在任意形状的样本空间上聚类且收敛于全局最优解的优点。然而,谱聚类算法涉及如何选取合适的尺度参数σ构造相似度矩阵的问题。并且,在处理大规模数据集时,聚类的过程需要较大的时间和内存开销。研究从构造相似度矩阵入手,以传统NJW算法为基础,提出一种基于K近邻的自适应谱聚类快速算法FA-SC。该算法能自动确定尺度参数σ;同时,对输入数据集分块处理,并用基于K近邻的稀疏相似度矩阵保存样本信息,减少计算的内存开销,提高了运行速度。通过实验,与传统谱聚类算法比较,FA-SC算法在人工数据集和UCI数据集上能够取得更好的聚类效果。