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本帖子已过去太久远了，不再提供回复功能。无损数据压缩与解压缩的软件及硬件实现--《电子科技大学》2011年硕士论文
无损数据压缩与解压缩的软件及硬件实现
【摘要】：随着科技的发展,需要处理的数据信息也便得越来越庞大.海量的数据信息会占用大量存储空间,同时还会占据大量传输带宽,这给信息的存储和传输都带来不便.因此,数据压缩正逐步的体现着其独特的重要性。此外,仅采用软件压缩会大量占用系统资源,严重影响系统运行速度。本文的研究课题正是基于上述背景提出的。
本课题在广为使用的LZW算法的基础上进行了一定的改进,最后用FPGA实现了整个系统。首先,本文对常用到的无损数据压缩方法进行了对比。在综合考虑了压缩算法用软件实现时的特性和硬件实现的难易程度,选定了LZW算法作为本文的基础算法。然后,本文使用C语言对数据的无损压缩和解压进行了基于LZW的建模和仿真,并针对压缩和解压阶段进行了优化。在压缩阶段,优化了字典更新方式。新的字典更新方式放弃了经典LZW算法在字典满后清空字典的方式,而是在字典满之后只选择性的清空其中的一部分词条,从而使新的字典更新方式不仅对压缩速率有所提升,同时让LZW算法优于其他无损压缩方法的自适应特性得到了提高。在解压阶段,本文对原有的词条形成方式进行了扩展,新词条能够在解压阶段减少查询字典的次数,从而提高解压速度。然后本文将系统划分为几个模块,使用Verilog对各模块进行描述并使用Modelsim对其进行了功能仿真。最后,本文选用XILINX公司的Spartan-3A系列的XC3S50AN芯片搭建了系统的硬件电路,并对硬件电路的功能进行了测试和分析。
最后,对软件部分的仿真和硬件部分的测试表明,优化后的算法和经典LZW算相比压缩效率得到了提升,达到了研究课题的目的。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TP274【目录】：
ABSTRACT5-9
第一章 绪论9-13
1.1 课题的背景及意义9-10
1.2 数据压缩领域的研究现状10-12
1.3 本文主要研究内容12-13
第二章 数据压缩的理论基础13-23
2.1 信息论基础13
2.2 数据压缩的标准13-15
2.3 数据压缩的分类15-17
2.3.1 可逆压缩15
2.3.2 不可逆压缩15
2.3.3 数据压缩实用技术15-17
2.4 常用无损压缩算法17-22
2.4.1 霍夫曼编码17-18
2.4.2 游程编码算法18-19
2.4.3 算术编码19
2.4.4 LZW 编码19-22
2.5 小结22-23
第三章 LZW 算法的建模及优化23-44
3.1 LZW 算法压缩与解压过程23-25
3.2 字典查询方式优化25-28
3.3 字典管理策略优化28-36
3.3.1 字典初始化29-30
3.3.2 经典算法的字典管理策略30-32
3.3.3 一次改进算法的字典管理策略32-33
3.3.4 二次改进算法的字典管理策略33-35
3.3.5 本设计使用算法的字典管理策略35-36
3.4 字典参数的优化36-39
3.5 解压阶段的优化39-41
3.6 Verilog 功能仿真41-43
3.7 小结43-44
第四章 系统的硬件实现44-59
4.1 系统实现方案44-47
4.1.1 PC 到FPGA 的数据传输44-45
4.1.2 UART 通信协议和RS232C 协议45-46
4.1.3 PC 与FPGA 的通信协议46-47
4.2 FPGA 芯片选择47-48
4.3 外围电路及接口设计48-49
4.4 FPGA 的JTAG 设计49-50
4.5 FPGA 设计与实现50-57
4.5.1 顶层模块50-52
4.5.2 DCM 模块52
4.5.3 数据压缩模块52-53
4.5.4 数据解压模块53-54
4.5.5 UART 数据通信模块54-55
4.5.6 字典模块55-56
4.5.7 数据缓存模块56-57
4.6 小结57-59
第五章 仿真及测试59-75
5.1 压缩模块功能仿真59-61
5.2 解压模块功能仿真61-62
5.3 系统综合仿真62-65
5.4 硬件测试65-72
5.4.1 软件压缩和硬件压缩对比65-68
5.4.2 软件解压与硬件解压对比68-72
5.5 系统潜在问题分析72-74
5.5.1 缓存空间问题73
5.5.2 通信命令问题73-74
5.6 本章 小结74-75
第六章 总结和展望75-78
6.1 总结75-77
6.2 展望77-78
参考文献79-82
攻读硕士期间的研究成果82-83
附录 硬件电路实物图83-84
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
【参考文献】
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