DSP的发展及定点、浮点处理方法的比较

简介了数字信号处理 (DSP)技术近年来在软、硬件方面的进展及其广泛的应用 .本文针对定点处理方法、浮点处理方法着重分析了其运算精度、误差指标以及处理系统的功能、性能 ,提出了对DSP系统设计改进的一些看法     

基于粗粒度可重构处理器的浮点乘加算法

在粗粒度可重构处理器中,往往采用以定点代替浮点或嵌入专用的浮点计算单元的方式来处理应用中的浮点运算,从而导致在面对大动态范围运算时精度不够,造成系统面积与功耗的增加.本文提出了一种在通用粗粒度可重构处理器上用定点运算单元实现浮点乘加运算的方法,采用8个可重构处理单元实现1次乘或加的浮点运算,该方法不仅兼容了IEEE-754的单精度浮点标准而且没有增加任何浮点运算硬件.在模拟器上对系统性能进行测试,使用本文的方法,在通用粗粒度可重构处理器上实现浮点乘法运算性能提升2.09倍,浮点加法运算性能提升1.68倍.     

高速浮点FFT处理器的FPGA实现

介绍了一种基于FPGA的1024点自定义24位浮点FFT处理器的设计。采用改进的蝶形运算单元,减小了系统的硬件消耗,改善了系统的性能。采用流水的方式提高了系统的处理速度,使计算与存储器读/写等操作协调一致;浮点算法使得系统具有较高的处理精度。该设计方法可以广泛应用于高速数字信号处理领域。     

高性能密码服务系统体系结构设计

随着大型电子商务和电子政务系统中客户数量的增多,主机端密码系统的性能成为提供安全服务限制因素,针对该问题提出了一种基于高性能、可编程密码模块硬件的密码服务系统体系结构.通过设计统一设备API(Application Program Interface)接口和在模块内的芯片之间实现并行密码运算,该方法可以实现系统密码运算的高性能.该系统已在IBM Services345服务器和密码模块硬件上实现.通过对1024位RSA签名性能与并行密码模块数目间的关系进行测试分析,结果显示,基于该体系结构实现的密码服务系统是高性能的和可扩展的.     

RSA可扩展公钥处理器的高速实现

RSA算法可以使用Montgomery算法来实现,但速度较慢.文中提出一种二级Montgomery模乘算法,根据算法设计高速可扩展硬件实现.算法中采用高基264,相比于另外Montgomery算法,提高了RSA算法运算的性能.在硬件方面,基于3级流水64×64位的乘法器,设计了5级流水结构的运算处理单元.该硬件系统有足够的灵活度以扩展到多种不同长度的数据运算,可以实现1 024,2 048位等不同位数RSA运算.在1 024位的情况下,最终可以达到8 800次/s的加密速度.     

CORDIC算法的优化及实现

为提高坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的精度并降低硬件资源消耗,对CORDIC算法收敛性以及旋转序列的选取进行了研究.针对圆周系统下CORDIC算法的角度覆盖范围、硬件资源和运算精度等问题提出了进一步的优化措施.利用经过优化后的CORDIC算法,在FPGA中实现了流水线结构的正余弦函数和反正切函数,并把运算精度与硬件资源消耗与Xilinx IP核进行了比较.比较结果表明该优化算法在提高运算精度的同时能够有效降低硬件资源消耗.      

分像素插值算法的VLSI实现

针对H.264/AVC标准中分像素插值运算复杂度高和存储访问量大的问题, 提出新的分像素插值算法。该算法采用易于硬件实现的4阶滤波器取代6阶滤波器进行分像素插值; 基于算法给出了一种1/4像素精度的8×8 块插补流水线结构。经性能分析和滤波器结构比较表明, 该结构在一个时钟内可以完成32个1/2像素位置的插值运算, 可应用于所有大小块, 且有面积小, 速度快的特点。实验结果表明, 与H.264标准相比, 该算法可以降低15%的空间复杂度, 提高了峰值信噪比, 降低了比特率, 提高了编码性能。     

ARM11 MPCore性能分析与优化研究

ARM11 MPCore是最新的嵌入式多核处理器,传统的嵌入式软件在该平台上不能发挥该处理器的所有性能.针对这个问题,对ARM11 MPCore的基本运算能力与ARM9处理器进行了对比分析,提出了使用硬件向量浮点单元及并行计算的软件优化方法,实验结果表明优化后的MPCore浮点处理能力是ARM9系列处理器的浮点处理能力的10倍左右.对于多核架构,可以采用并行计算模型对软件进行优化,试验结果表明,对整数运算采用OpenMP并行计算模型优化后,实验程序的效率提高3.8倍左右.对于嵌入式多媒体处理,提出了使用硬件向量浮点单元对DCT运算进行优化,对视频解码、音频解码以及音视频同步显示采用并行处理的方法进行优化.实验结果表明,这两种优化方法能提高软件在ARM11 MPCore平台上的运行效率,提高了系统的整体性能.     

DSP技术在虚拟仪器系统中的应用

数字信号处理器的硬件结构和指令体系决定了它在实现各种算法时具有速度快、精度高的特点。针对虚拟仪器由于计算机技术发展的局限而在运算速度和精度方面的不足，提出了使用DSP技术提升虚拟仪器运算性能的方法。在虚拟仪器的数据采集卡上使用主从DSP结构或DMA技术，并在DSP上完成复杂运算，可以大大提高虚拟仪器的实时性。还详细介绍了实现虚拟仪器高速数据采集处理卡的关键技术。实验结果表明，DSP处理复杂运算的速度和精度大大高于通用计算机，并又用DSP完成数据的运算处理是虚拟仪器提升性能的有效手段。     

具有自适应干扰抑制措施的直接序列扩谱通信接收系统

采用专用数字信号处理器TMS32010实现了具有自适应干扰抑制措施的直接序列扩谱通信接收系统,并就干扰抑制的三种方案比较它们在定点运算的有限字长实现中的性能,从理论上研究了在有限字长实现中提高性能的基本方法.测试结果表明,双精度编程方案的参数特性与无限精度的理论分析结果基本一致;单精度编程方案的参数特性与有限精度的理论分析结果基本一致.双精度或单精度编程,其自适应最佳滤波器方案的单频干扰抑制性能,均优于其它两种方案.     

基于DSP的轴承漏装缺陷在线检测系统

通过分析轴承铆钉、滚动体缺失检测技术的现状问题,采用数字图像处理技术实现了对轴承铆钉、滚动体缺失的在线检测。以TMS320DM643为核心器件建立了实时数字图像处理的硬件系统,硬件系统主要包括三个部分：存储器部分、视频输人部分和视频输出部分等。通过CCD摄像机获取表面的视频图像,首先对视频图像进行降噪的预处理,然后利用图像分割等算法对视频图像进行检测,达到缺陷提取的目的。实验结果表明,该系统可有效的检测出有缺陷的不合格轴承。     

有限状态机实现数字滤波问题的研究

用有限状态机实现数字滤波是数字滤波器设计的一种新方法,它消除了其他设计方法中普遍存在的有限字长效应问题,因而具有很好的稳定性。本文研究了用有限状态机实现数字滤波系统中的系统稳定性、系统的表达、硬件实现以及软件设计等问题。     

基于TMS320 VC6412的玉米油脂质量快速检测仪器的设计

设计了以TMS320VC6412为核心,结合大规模可编程逻辑器件CPLD进行逻辑控制的玉米油脂质量快速检测仪器。综述了油脂色泽测定方法的研究进展情况,介绍了该实时数字图像处理系统的硬件组成、工作原理、驱动程序设计和DSP软件设计。该系统具有较高的实时性和稳定性,为实现玉米油脂质量快速检测仪器的开发奠定了基础。     

数字超声电视测井车内计算机及实时信号处理技术

数字超声电视测井车内配备有一台IBM-PC/AT计算机,负责测井现场数据采集、处理及最后结果的输出.换能器旋转一圈,计算机可获得512点8bit的灰度信号、512点12bit的回波时间信号以及温度、深度、同步信号等.总数据率为92.16kbit/s.     

基于隧道效应的振动检测反馈系统设计

针对扫描隧道效应对环境的苛刻要求,旨在设计一种主动隔振系统提高STM工作的稳定性,主要基于隧道效应的原理搭建闭环控制系统,主动适时的响应和补偿振动的干扰.硬件部分包括以DSP为核心的高速精确的测控电路,软件部分解决了数字滤波和PI控制算法在提高控制性能上的关键问题.并利用仿真现象和实验结果进行控制特性和动态响应的分析,证明其良好的实时控制效果.     

实时工业图象处理系统性能分析

本文介绍了一种实时工业图象法理系统结构、系统硬件和软件,对系统性能进行了具体分析,包括:系统处理时间客限分析、系统动态灵敏度极限分析及S/N改善与运动拖尾的矛盾的分析。文中讨论了为提高系统性能所采取的一些措施。     

数字程控交换机模块间信息传输的设计与实现

在分析数字程控交换机常用信息传输方式优缺点的基础上，提出了采用分布式组网方式实现ＪＳＵ２０００－０５数字程控交换机模块间信息传输的方法．系统采用该方式后，效率提高、可靠性增强，具有硬件结构统一、软件编程简单、实用性广泛等优点。     

无纺布成品表面污渍机器视觉检测系统的设计

无纺布成品表面污渍机器视觉检测系统在保证可靠性、易用性的同时,还要有较低的成本、较高的检测速度和精度.根据此需求,文中设计了一种嵌入式机器视觉检测系统,该系统集成了人机界面,能避免因依赖计算机而造成的易用性问题.文中介绍了该系统的硬件结构,设计了基于动态阈值的污渍判断方法,以保证图像运算的实时性与检测的精度,降低误判率,提高检测的可靠性.实际应用表明,该系统在线速度为300m/min的无纺布成品生产中,能够检测出1mm2的污渍.     

微机在变水头流量标准装置中的应用

本文讨论了应用在变水头流量标准装置中的Z-80计算机系统,详述了其硬件设计和软件设计。实践证明,用带有微机的变水头流量标准装置校验电磁流量计所得结果与通常的恒水头流量标准装置一致,说明变水头流量标准装置及微机系统是可行的。     

FPGA在图象处理中的应用

介绍了FPGA的硬件结构和特性 ,以及采用现场可编程器件FPGA设计图象处理板的原理和设计方法 ,给出了实现图象左右翻转的应用实例。实践证明这种方法速度快 ,编程简单 ,设备具有很高的性能价格比。