時間：2023-03-21 17:03:35
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論文關(guān)鍵詞:直讀式電子壓力計;單芯遠(yuǎn)距離傳輸;曼徹斯特碼;編碼;解碼
論文摘要:本文從現(xiàn)有存儲式電子壓力計的技術(shù)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計的數(shù)據(jù)傳輸方案和實(shí)施，并從技術(shù)需求分析、通訊方案選擇、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設(shè)計等方面，對直讀式電子壓力計數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)行了深入研究。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計的關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計在油田測井領(lǐng)域的市場競爭力。
一、引言
目前存儲式電子壓力計已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大油田高溫井下壓力和溫度的測量。存儲式電子壓力計在工作過程中，儀器內(nèi)的單片機(jī)系統(tǒng)和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數(shù)字量形式存儲于電可改寫型存儲器中，待測試過程完成后，再將壓力計返回地面，用專門配套研制的數(shù)據(jù)回放儀與壓力計連接，通過軟件和硬件接口通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產(chǎn)。
因此，為克服存儲式電子壓力計的上述缺點(diǎn)，提高油田生產(chǎn)效率，提升電子壓力計在油田測井領(lǐng)域的市場競爭力，必須研制在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計。
二、直讀式電子壓力計技術(shù)需求分析
（一）功能及主要技術(shù)指標(biāo)要求
直讀式電子壓力計實(shí)現(xiàn)井下壓力和溫度參數(shù)的測量，并將測量結(jié)果通過單芯鎧裝電纜實(shí)時傳送至地面解碼控制儀，主要技術(shù)指標(biāo)要求如下所示。
a) 壓力測量范圍：（0～30、45、60、80）MPa；壓力測量誤差： 0.04%F.S；
b) 溫度測量范圍：（-20～+150）℃， 測量誤差：±1℃；
c) 傳輸距離不小于6000m；通訊誤碼率1.0×10-7。
（二）基本方案及工作原理
直讀式電子壓力計由井下電子壓力計和地面解碼控制儀兩部分組成，其中井下電子壓力計由壓力傳感器、溫度傳感器、信號放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)、編碼電路、數(shù)字通訊接口電路和裝載于單片機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計算機(jī)(油田配置)和相關(guān)工作軟件組成。
工作過程中，井下電子壓力計由地面解碼控制儀通過單芯鎧裝電纜提供能源，溫度和壓力傳感器分別將環(huán)境壓力和溫度轉(zhuǎn)換為電信號輸出，該電信號經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時采集和處理，然后按一定周期經(jīng)數(shù)字通訊口輸出。井下電子壓力計和井上解碼控制儀之間通過單芯鎧裝電纜連接，解碼控制儀中通訊接口電路接收井下電子壓力計輸出的壓力和溫度數(shù)據(jù)，并經(jīng)解碼后輸入計算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時分析和處理。
三、數(shù)據(jù)傳輸方案選擇
設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點(diǎn)是傳輸距離短，通訊信道所占點(diǎn)號多，而串行通訊與之相反。根據(jù)井下電子壓力計與井上解碼控制儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，需選擇串行數(shù)據(jù)傳輸方式。
在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區(qū)分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負(fù)的電壓跳變表示邏輯1。
在油田測井中，井下電子壓力計在井下采集大量信息，并傳送給地面解碼控制儀；但井下電子壓力計到地面解碼控制儀這段信道的傳輸距離較長且環(huán)境惡劣，常用的NRZ碼不適合在這樣的信道里傳輸，而且NRZ碼含有豐富的直流分量，容易引起滾筒的磁化。曼徹斯特編碼方式使得信號以串行脈沖碼的調(diào)制方式在數(shù)據(jù)線上傳輸，和最常用的NRZ碼相比，消除了NRZ碼的直流成分，具有時鐘恢復(fù)和更好的抗干擾性能，這使它更適合于從井下到井上的信道傳輸，因而在井下電子壓力計和地面解碼控制儀之間選用曼徹斯特編碼使數(shù)據(jù)傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠(yuǎn)。
四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設(shè)計
每一周期井下電子壓力計需將采集到的壓力和溫度兩個參數(shù)分別進(jìn)行曼徹斯特編碼方式輸出，井下電子壓力計與地面解碼控制儀之間按如下通訊協(xié)議進(jìn)行。
a) 壓力與溫度均以字為單位進(jìn)行傳送，先發(fā)送壓力字，后發(fā)送溫度字，一個壓力字和一個溫度字的組合稱為一個消息；
b) 每一個字由20位組成，第1～3位為3個起始位，第4～19位為16個數(shù)據(jù)位，第20位為奇偶校驗(yàn)位；
c) 壓力字3個起始位電平為先高后低，溫度字起始位為先低后高，高低電平均各占一位半，壓力字與溫度字校驗(yàn)位均采用奇校驗(yàn)；
d) 傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?.7292 kbps（175μs/位），傳輸一個消息共耗時3.5ms。為保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，井下電子壓力計同一消息在一個采樣周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送兩次，地面解碼控制儀根據(jù)校驗(yàn)位判斷每個字的正確性。
由單片機(jī)編程輸出兩路I/O控制信號，經(jīng)過濾波電路、運(yùn)放電路、整型電路后，產(chǎn)生曼徹斯特編碼雙相電平信號，并經(jīng)單芯鎧裝電纜送至地面解碼控制儀。為滿足曼徹斯特編碼格式及井下電子壓力計與地面解碼控制儀之間的通訊協(xié)議，井下電子壓力計軟件采用如下的編程方式輸出波形。
a）壓力字同步頭為262.5μs高電平后跟隨262.5μs低電平，溫度字同步頭為262.5μs低電平后跟隨262.5μs高電平；
b）若數(shù)據(jù)位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；
c）若數(shù)據(jù)位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；
d）校驗(yàn)位的波形產(chǎn)生方式與數(shù)據(jù)位相同。
五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設(shè)計
地面解碼控制儀需將井下電子壓力計輸出的曼徹斯特碼進(jìn)行解碼，并按通訊協(xié)議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下電子壓力計測得的壓力和溫度數(shù)據(jù)，即地面解碼控制儀中的解碼過程為井下電子壓力計編碼過程的逆過程。曼徹斯特碼解碼過程可分為如下三部分：
a) 同步字頭檢測，并辨別其為溫度數(shù)據(jù)還是壓力數(shù)據(jù)。
b) 對曼碼形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時鐘，并將時鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理使曼碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為非歸零二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
c) 將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
經(jīng)過幾千米鎧裝電纜傳輸上來的數(shù)據(jù)，幅度衰減到毫伏級，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數(shù)據(jù)傳輸無誤碼率。井下傳輸上來的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波電路、精密運(yùn)算放大器、雙D觸發(fā)器輸出曼碼波形給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的程序轉(zhuǎn)化為井下的壓力與溫度數(shù)字量。
六、試驗(yàn)結(jié)果
直讀式電子壓力計首臺產(chǎn)品完成廠內(nèi)試驗(yàn)后，到油田用8000m的鎧裝電纜連接井下電子壓力計和地面解碼控制儀，將電子壓力計下放到井下6500m的深度，在溫度高達(dá)150℃、壓力為30～60 MPa的油井中測試壓力和溫度。在三次連續(xù)5個小時的測試過程中，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，沒有出現(xiàn)丟點(diǎn)現(xiàn)象，誤碼率為零。
七、結(jié)束語
試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計通訊方案、通訊協(xié)議、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計在油田測井領(lǐng)域的市場競爭力。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：RGB YCbCr FPGA 色彩空間轉(zhuǎn)換
中圖分類號：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0023-01
1 常見色彩空間
我們主要介紹RGB和YCbCr色彩空間。RGB色彩空間是一種常用的色彩空間。它可以實(shí)現(xiàn)不同平臺的映射而不嚴(yán)重?fù)p失顏色信息。任何一種顏色都可以由三基色紅、綠、藍(lán)混合疊加而成。RGB三個分量彼此相互獨(dú)立，三個分量的值越小所代表的亮度越低。RGB色彩空間它所占用的帶寬和存儲量是很大的，如果使用該色彩空間進(jìn)行圖像傳輸，非常不利于圖像的處理。所以引入另一種色彩空間YCbCr。該格式的色彩空間是演播室編碼方案中使用的顏色模型。Y，Cb，Cr分別代表亮度、藍(lán)度分量和紅度分量。YCbCr色彩空間有以下優(yōu)勢。首先它的構(gòu)成原理符合人類的視覺感知過程，再次它可以實(shí)現(xiàn)亮度和色度的分離，由于人眼對亮度的變化更敏感，所以我們在傳輸圖像時減小帶寬的同時引起的顏色損失小，人眼幾乎無法察覺。
2 總體設(shè)計方案
系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。
基于FPGA的色彩空間的轉(zhuǎn)換過程可以描述為：首先通過CCD攝像頭進(jìn)行視頻圖像采集，采集來的RGB圖像為NTSC或PAL制式的，接著我們會把視頻數(shù)據(jù)送到解碼芯片TVP5150，它會將信號變?yōu)镮TU-R BT.656格式的數(shù)據(jù)流。我們選取的TVP5150芯片是和FPGA主控芯片集成在一個開發(fā)板上，它的功耗非常低，芯片小巧利于便攜。視頻解碼芯片在對視頻信號處理之前總線會對其進(jìn)行配置。從解碼芯片出來的信號便進(jìn)入FPGA芯片，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、解交織等操作最終實(shí)現(xiàn)色彩空間的轉(zhuǎn)換。最后信號送到ADV7123芯片進(jìn)行編碼，并通過D/A轉(zhuǎn)換芯片在VGA顯示器上顯示出來。
3 仿真與硬件驗(yàn)證
硬件部分我們采用了Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，該芯片內(nèi)部含有豐富的可編程邏輯資源，可以非常方便的完成相關(guān)乘法器的例化。在使用乘法器IPCore時，我們需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。硬件部分包括CCD攝像頭、FPGA主控芯片、視頻解碼芯片TVP5150、視頻編碼芯片ADV7123等。最終將VGA線和顯示器的VGA口相連接，便可以通過顯示屏觀察結(jié)果。
硬件實(shí)物圖如圖2所示。
軟件部分采用Quartusii 9.1進(jìn)行Verilog語言的編寫，并進(jìn)行時序仿真。進(jìn)行時序仿真的結(jié)果圖3所示。
4 結(jié)語
生活中存在多種色彩空間，它們各自具有不同的特點(diǎn)。但是在很多情況下我們又得在它們之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這無論對于科研研究還是消費(fèi)市場都是很有必要的。本篇論文是通過硬件實(shí)現(xiàn)的RGB色彩空間到Y(jié)CbCr色彩空間的轉(zhuǎn)換，采用的Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，利用其內(nèi)部豐富的可編程邏輯資源實(shí)現(xiàn)空間的轉(zhuǎn)換，并采用Quartusii 9.1進(jìn)行軟件編程與仿真，驗(yàn)證了模塊的功能。
參考文獻(xiàn)
[1] 唐曉燕，賈鋒，韓磊.基于FPGA的視頻顏色空間轉(zhuǎn)換電路設(shè)計[J].電子與電腦，2006（8）：47-49.
[2] 吳康，劉耀元，胡民山.用FPGA實(shí)現(xiàn)色彩空間RGB到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)換[J].南昌高專學(xué)報，2007，22（6）：140-142.
【關(guān)鍵詞】MP3；SOPC；Nios II；硬件實(shí)現(xiàn)
1.引言
MP3(MPEG Audio Layer3)是高品質(zhì)的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因其在音質(zhì)，復(fù)雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場，目前在便攜式設(shè)備領(lǐng)域深受人們喜愛。而隨著消費(fèi)電子的快速發(fā)展，MP3在各種場合的需求越來越多，同時針對MP3解碼器的設(shè)計也越來越多。其中主要有以下三種方式：①以專用MP3編解碼芯片為核心加上必要電路的VLSI實(shí)現(xiàn)；②DSP處理器加外部存儲器，數(shù)模轉(zhuǎn)換等器件實(shí)現(xiàn)；③以低速核心處理器（CPU/RISC）與其他硬件加速模塊的SOPC設(shè)計加上器件實(shí)現(xiàn)。而第三種實(shí)現(xiàn)方式相對于前兩種方式在功耗和性價比方面有著明顯的優(yōu)勢，本文是基于SOPC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)MP3解碼器的設(shè)計，其中MP3文件數(shù)據(jù)用SD卡來存放[1]。
2.MP3解碼流程分析
MP3解碼流程如圖1所示，解碼的主要過程包括同步提取碼流(以幀為單位)哈夫曼解碼，比例因子解碼，反量化，重排列，立體聲處理，混疊重建，IMDCT變換，子帶綜合濾波合成，最后輸出原始的PCM數(shù)據(jù)。
在解碼過程中，耗時比較多的主要是IMDCT和子帶綜合濾波這兩部分。在編譯后它們占據(jù)著相當(dāng)多的硬件資源，功耗特高，所以在設(shè)計時針對這兩個計算量大的算法IMDCT，子帶綜合濾波器做了硬件加速處理，來提高整個系統(tǒng)的性能。在IMDCT算法中有長塊和短塊，計算時長塊輸入是18點(diǎn)而短塊輸入是6點(diǎn)，長短塊輸入的值都是非2的n次方，所以可以采用Szu Wei Lee快速算法，此算法對輸入點(diǎn)數(shù)越大的運(yùn)算，其速度提升就越明顯。傳統(tǒng)的IMDCT算法，在計算長塊時需要的是36*18次乘法和36*17的加法，采用Szu Wei Lee算法后，長塊的計算只需要43次乘法和115次加法，程序的運(yùn)算速度顯著提高了。在設(shè)計子帶綜合濾波時，直接計算則需要執(zhí)行32*64次乘法和31*64次加法，兩聲道采樣率為44.1KHz，乘法運(yùn)算量為（44100/32）*(64*32+512)*2=7056000次/秒，而系統(tǒng)時鐘一般都采用的是50MHz，單個周期內(nèi)占著整個解碼時間的58.2%，嚴(yán)重影響了整個系統(tǒng)解碼的速率。所以可以根據(jù)余弦函數(shù)的對稱性，并結(jié)合Byeong Gi Lee快速DCT算法來進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后子帶綜合濾波則只需要進(jìn)行384次乘法和376次加法，大大提升了運(yùn)算速度[2]。
3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計
基于Nios II的嵌入式系統(tǒng)主要是由三部分組成：IP庫（NiosII軟核處理器，Avalon總線，設(shè)備接口等），GNUPro軟件編譯器，SOPC Builder開發(fā)工具。本文在硬件設(shè)計時使用Altera公司的Cyclone II FPGA芯片，型號為EP2C70F896C6，主要設(shè)備包括片外SDRAM存儲器、SD卡、音頻芯片WM8731、LCD等，其中FPGA芯片完成對各個硬件模塊和數(shù)據(jù)流的控制，片外存儲器存放程序數(shù)據(jù)和執(zhí)行代碼，SD卡存放MP3文件，音頻芯片將PCM數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換輸出，LCD顯示系統(tǒng)狀態(tài)，IP核的復(fù)用是SOPC設(shè)計的關(guān)鍵[3]。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
而FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計是以Quartus II為開發(fā)環(huán)境，以Verilog語言編程實(shí)現(xiàn)音頻控制，SD卡的讀寫，液晶顯示驅(qū)動等功能模塊的設(shè)計。用SOPC Builder配置并產(chǎn)生NiosII軟核處理器以及必要的外設(shè)，然后在再通過編譯，下載到FPGA的配置芯片中，形成硬件邏輯電路的連接，最后驗(yàn)證系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)MP3音頻文件的輸出。除了音頻模塊、SD卡控制模塊、LCD顯示驅(qū)動模塊外其他模塊都可以通過SOPC Builder來添加IP核構(gòu)建。
至于MP3解碼算法中的子帶綜合濾波，IMDCT變換兩部分處理起來特耗時，針對這類耗時問題，可以采用軟硬件協(xié)同處理(軟件中耗時較多的部分進(jìn)行硬件加速后，往往會比原先軟件處理時的速度快上好幾倍。)來提高整個系統(tǒng)運(yùn)行的時間。通過這種設(shè)計方法，在綜合時可以確定系統(tǒng)軟件和硬件之間的相互制約關(guān)系，從而保證系統(tǒng)的確定性，高效性。
4.SOPC片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
在FPGA中搭建SOPC系統(tǒng)時，需要用到如下圖3所示的軟核處理器和Avalon總線結(jié)構(gòu)和外設(shè)接口等，其中，系統(tǒng)時鐘c0由外部晶振50MHz倍頻后得到的，c1為100MHz外設(shè)SDRAM時鐘，c2為音頻芯片提供的18.51MHz工作時鐘。timer用于系統(tǒng)內(nèi)部時間的產(chǎn)生，time_stamp用于記錄指令的運(yùn)行時間。片外SDRAM存儲芯片是作為程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器。本系統(tǒng)自定義了AUDIO模塊，該模塊主要用于與WM8731音頻芯片數(shù)字接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
5.實(shí)現(xiàn)結(jié)果
本文是基于SOPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)MP3解碼器的設(shè)計，其優(yōu)勢在于系統(tǒng)功能改進(jìn)的靈活性，即不改變硬件平臺的情況下，可以隨便的對系統(tǒng)進(jìn)行增刪和優(yōu)化，降低系統(tǒng)的成本，這是其他方案很難比擬的地方。而本設(shè)計是在在DE2-70開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)的，硬件解碼系統(tǒng)采用Verilog HDL語言進(jìn)行描述，經(jīng)過RTL級仿真和驗(yàn)證后，在Cyclone II EP2C70F896C6器件內(nèi)資源占用率為8%，總的寄存器為3335個，系統(tǒng)頻率可達(dá)到72MHz，經(jīng)過實(shí)際測試，本設(shè)計達(dá)到了預(yù)期的效果。但還存在著一些地方不夠完善和有待改進(jìn)，這同時也是以后MP3播放器設(shè)計需要改進(jìn)和研究的重點(diǎn)：
(1)本設(shè)計功能比較簡單，編譯后FPGA芯片資源占用的比較少，可進(jìn)一步增加其它功能，如圖像顯示。
(2)如何改進(jìn)更有效的算法，提高系統(tǒng)運(yùn)行時間，降低功耗，以達(dá)到便攜式高性能、低功耗的要求，這是未來MP3設(shè)計研究的重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]毛麗萍.MP3音頻編解碼運(yùn)算中IMDCT算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)[D].[碩士學(xué)位論文].華東師范大學(xué),2007.
論文關(guān)鍵詞：視頻編碼,壓縮技術(shù)
一、引言
所謂視頻編碼方式就是指通過特定的壓縮技術(shù)，將某個視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。視頻壓縮發(fā)展到現(xiàn)在己有幾十年的歷史。1948年，Oliver提出了第一個編碼理論脈沖編碼調(diào)制(PulseCodingModulation，簡稱PCM);同年，Shannon的經(jīng)典論文“通信的數(shù)學(xué)原理”首次提出了信息率失真函數(shù)的概念;1959年，Shannon進(jìn)一步確立了碼率失真理論;而Berger在1971年所著的《信息率失真理論》一書則對率失真理論做了系統(tǒng)地論述和擴(kuò)展;以上各項(xiàng)工作奠定了信息編碼的理論基礎(chǔ)。
二、AVS基本介紹
AVS是基于我國創(chuàng)新技術(shù)和部分公開技術(shù)的自主標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)方案簡潔，芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，達(dá)到了第二代標(biāo)準(zhǔn)的最高水平；而且，AVS通過簡潔的一站式許可政策，是開放式制訂的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)，易于推廣；此外，AVS是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、媒體版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，為數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)提供更全面的解決方案。綜上所述，AVS可稱第二代信源標(biāo)準(zhǔn)的上選。
圖1AVS視頻編碼器框圖
三、AVS主要技術(shù)
AVS采用的主要技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換量化技術(shù)、幀內(nèi)預(yù)測、半像素與1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等：
1.整數(shù)變換量化：AVS為了避開H.264的專利問題，選擇了以往標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的8×8變換，這樣可以在16位處理器上無失配地實(shí)現(xiàn)。AVS采用的64級量化，可以完全適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對碼率和質(zhì)量的要求。目前AVS所采用的8x8變換與量化方案大大降低了芯片的實(shí)現(xiàn)難度。
2.幀內(nèi)預(yù)測：AVS采用的幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)，是用相鄰塊的像素預(yù)測當(dāng)前塊，同時采用代表空間域紋理方向的多種預(yù)測模式。AVS亮度和色度幀內(nèi)預(yù)測都是以8x8塊為單位的。亮度塊采用5種預(yù)測模式，色度塊采用4種預(yù)測模式，而這4種模式中有3種和亮度塊的預(yù)測模式相同。在編碼質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，AVS采用較少的預(yù)測模式，使方案更加簡潔、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大為降低。
3.幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償：幀間運(yùn)動補(bǔ)償編碼是混合編碼技術(shù)框架中最重要的部分之一。AVS標(biāo)準(zhǔn)采用了16×16，16×8，8×16和8×84種用于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)暮陦K模式，去除了MPEG-4AVC/H.264標(biāo)準(zhǔn)中的8×4，4×8，4×4的塊模式，這樣可以更好地刻畫物體運(yùn)動，提高運(yùn)動搜索的準(zhǔn)確性。
4.半像素與1/4精度像素插值：AVS通過4抽頭濾波器（-1，5，5，-1）得到半像素點(diǎn)，再通過4抽頭濾波器（1，7，7，1）和均值濾波器得到1/4像素點(diǎn)，在不降低性能的情況下減少插值所需要的參考像素點(diǎn)，減小了數(shù)據(jù)存取帶寬需求，這在高分辨率視頻壓縮應(yīng)用中是非常有意義的。
5.預(yù)測模式：AVS的B幀雙向預(yù)測使用了直接模式、對稱模式和跳躍模式。使用對稱模式時，碼流只需要傳送前向運(yùn)動矢量，后向運(yùn)動矢量可由前向運(yùn)動矢量導(dǎo)出，從而節(jié)省后向運(yùn)動矢量的編碼開銷；對于直接模式，前塊的前、后向運(yùn)動矢量都是由后向參考圖像相應(yīng)位置塊的運(yùn)動矢量按比例分配導(dǎo)出，因此也可以節(jié)省運(yùn)動矢量的編碼開銷；跳躍模式的運(yùn)動矢量導(dǎo)出方法和直接模式的相同，跳躍模式編碼塊都不編碼運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臍埐?，也不傳送運(yùn)動矢量，即該模式下宏塊只需要傳輸模式信號則可。
6.二維熵編碼：AVS熵編碼采用自適應(yīng)變長編碼技術(shù)。在AVS熵編碼過程中，定長碼用來編碼具有均勻分布的語法元素，指數(shù)哥倫布碼用以編碼可變概率分布的語法元素。采用指數(shù)哥倫布碼的優(yōu)勢在于：一方面，它的硬件復(fù)雜度比較低，可以根據(jù)閉合公式解析碼字，無需查表；另一方面，它可以根據(jù)編碼元素的概率分布靈活確定k階指數(shù)哥倫布碼編碼，如果k選得恰當(dāng)，編碼效率可以逼近信息熵。預(yù)測殘差的塊變換系數(shù)后，經(jīng)掃描形成（level、run）對串，level、run不是獨(dú)立事件，而存在很強(qiáng)的相關(guān)性，在AVS中l(wèi)evel、run采用二維聯(lián)合編碼，并根據(jù)當(dāng)前l(fā)evel、run的不同概率分布趨勢，自適應(yīng)改變指數(shù)哥倫布碼的階數(shù)。
四、總結(jié)與展望
目前AVS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)清晰度、相當(dāng)清晰度、低清晰度等不同格式視頻的壓縮，但針對此類應(yīng)用的壓縮效率還有待不斷提高，這應(yīng)當(dāng)是AVS視頻技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重點(diǎn)所在：著力AVS編解碼的實(shí)際應(yīng)用研究，優(yōu)化AVS運(yùn)動搜索算法，提高AVS解碼速度，從而推動我國數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)AVS的推廣和應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
1 陳亮 AVS先進(jìn)編碼技術(shù)研究 華中科技大學(xué) 2006
2 申青平 AVS-M關(guān)鍵技術(shù)及多平臺應(yīng)用研究 湘潭大學(xué) 2007
統(tǒng)計機(jī)器翻譯在短時期能夠得以迅速發(fā)展，除了技術(shù)進(jìn)步外，很大一方面要?dú)w功于很多開放源碼的統(tǒng)計機(jī)器翻譯工具，有些時候，正是因?yàn)檫@些開放源碼的工具才使得某項(xiàng)技術(shù)被廣泛接受和使用。例如，20世紀(jì)90年代初IBM公司的Brown等人提出了5個模型來刻畫統(tǒng)計機(jī)器翻譯，取得了不錯的效果，但是在此之后很長一段時間內(nèi)都沒有被大家認(rèn)可和接受，原因是他們的模型非常復(fù)雜，難以理解和實(shí)現(xiàn)。直到1999年，開源軟件包Egypt的出現(xiàn)，才使得IBM的模型被廣泛研究和使用。可以說Brown等人的工作為現(xiàn)代統(tǒng)計機(jī)器翻譯奠定了深厚的基礎(chǔ)，但其影響卻是通過開源軟件才得以實(shí)現(xiàn)，由此可見開源軟件對于統(tǒng)計機(jī)器翻譯這樣一個復(fù)雜的研究課題的重要性。
1. 首個開源統(tǒng)計機(jī)器翻譯工具包Egypt
Egypt是在1999年約翰霍普金斯大學(xué)統(tǒng)計機(jī)器翻譯夏季討論班上，由一些研究人員共同合作開發(fā)的統(tǒng)計機(jī)器翻譯工具包。它包括4個模塊;
Whittle: 語料庫預(yù)處理模塊;
GIZA: 用于從句子對齊的雙語語料庫中訓(xùn)練詞語對齊;
Cairo: 詞語對齊的可視化工具;
Decoder: 解碼器，用來執(zhí)行具體的翻譯過程模塊，這一模塊沒有開放源碼。
其中，用于訓(xùn)練詞語對齊的模塊GIZA現(xiàn)在仍然被廣泛使用，利用它能夠非常方便地從大規(guī)模的雙語文本中獲得統(tǒng)計知識。GIZA++是GIZA的改進(jìn)版，GIZA++實(shí)現(xiàn)了IBM公司提出的5個模型，其主要思想是利用EM算法對雙語語料庫進(jìn)行迭代訓(xùn)練，由句子對齊得到詞語對齊。GIZA是獨(dú)立于語言的，能夠?qū)θ魏蝺煞N語言進(jìn)行訓(xùn)練，這也是統(tǒng)計機(jī)器翻譯的優(yōu)點(diǎn)之一?，F(xiàn)在幾乎所有的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)都利用這一工具進(jìn)行詞語對齊的訓(xùn)練。
2.語言模型訓(xùn)練工具SRILM
SRILM是一個建立和使用統(tǒng)計語言模型的開源工具包，從1995年開始由SRI 口語技術(shù)與研究實(shí)驗(yàn)室（SRI Speech Technology and Research Laboratory）開發(fā)，現(xiàn)在仍然不斷推出新版本，被廣泛應(yīng)用于語音識別、機(jī)器翻譯等領(lǐng)域。這個工具包包含一組C++類庫、一組進(jìn)行語言模型訓(xùn)練和應(yīng)用的可執(zhí)行程序等。利用它可以非常方便地訓(xùn)練和應(yīng)用語言模型。給定一組連續(xù)的詞，調(diào)用SRILM提供的接口，可以得到這組詞出現(xiàn)的概率。
3. 機(jī)器翻譯的自動評測工具M(jìn)teval
在一些著名的統(tǒng)計機(jī)器翻譯國際評測中普遍使用自動評測與人工評測相結(jié)合的方法，例如美國國家技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究所（NIST）舉行的評測。Mteval便是他們開發(fā)的自動評測工具，最新版本是mteval-11b.pl，是用Perl語言寫成的。
4. 首個基于短語的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)“法老”（Pharaoh）
“法老”是較早公開的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)，由美國南加州大學(xué)信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Information Science Institute）的菲利普•科恩（Philipp Koehn）在2004年做博士論文期間編寫的?！胺ɡ稀卑▋纱蟛糠? 訓(xùn)練和解碼。訓(xùn)練過程用來從語料庫中獲得統(tǒng)計知識。它利用了已有的開源軟件GIZA++和SRILM，GIZA++用來訓(xùn)練詞語對齊，SRILM訓(xùn)練語言模型，但解碼沒有公開源代碼?！胺ɡ稀痹砗唵?，易于使用，它的出現(xiàn)對于推動機(jī)器翻譯研究起到了非常大的作用。
5. 中國首個開源的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)絲路（SilkRoad）
“法老”的出現(xiàn)揭開了統(tǒng)計機(jī)器翻譯的神秘面紗，然而其核心部分――解碼器的源碼仍然沒有公開。為此，中國的研究人員聯(lián)合開發(fā)了一個完全開放源代碼的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)――“絲路”。該系統(tǒng)由中國的五家研究機(jī)構(gòu)和高校（中科院計算所、中科院自動化所、中科院軟件所、廈門大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)）聯(lián)合開發(fā)，并在2006年中國第二屆統(tǒng)計機(jī)器翻譯研討會上?！敖z路”包括以下模塊: 語料預(yù)處理及后處理模塊“仙人掌”、詞語對齊模塊“樓蘭”、短語抽取模塊“胡楊”、以及三個解碼器（“駱駝”、“綠洲”和“商隊”）。這是第一次將一個完整的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)公開，極大地促進(jìn)了國內(nèi)統(tǒng)計機(jī)器翻譯的快速發(fā)展。
6.摩西（Moses）
“摩西”是“法老”的升級版本，它增加了許多功能，是由英國愛丁堡大學(xué)、德國亞琛工業(yè)大學(xué)等八家單位聯(lián)合開發(fā)的一個基于短語的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)。來自這些單位的研究人員于2006年在約翰霍普金斯大學(xué)召開了一次研討會，利用6個星期的時間共同開發(fā)了這一系統(tǒng)。整個系統(tǒng)用C++語言寫成，從訓(xùn)練到解碼完全開放源代碼，可以運(yùn)行在Windows平臺和Linux平臺。
7. 基于句法的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)GenPar
GenPar工具包實(shí)現(xiàn)了一個基于句法的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)?；诰浞ǖ姆椒▽⒕浞ńY(jié)構(gòu)信息引入到統(tǒng)計機(jī)器翻譯中來，目前已成為統(tǒng)計機(jī)器翻譯領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是構(gòu)建基于句法的統(tǒng)計機(jī)器翻譯系統(tǒng)遠(yuǎn)比構(gòu)建基于短語的要困難得多，為了讓研究者們很快進(jìn)入這一領(lǐng)域，在JHU2005夏季研討會上，由紐約大學(xué)艾•丹•米拉姆德（I. Dan Melamed）等人組成的統(tǒng)計機(jī)器翻譯組開發(fā)了GenPar。
GenPar的基本原理是利用多文本語法（Multi-Text Grammar）實(shí)現(xiàn)多語言的句法分析、結(jié)構(gòu)對齊和翻譯。多文本語法是一種多種語言的同步語法，理論上比較完善，功能強(qiáng)大。GenPar有很多特點(diǎn):首先，該系統(tǒng)是一個純粹基于句法的模型，在翻譯過程中充分利用了句法結(jié)構(gòu)信息; 其次，它具有很好的定制能力，可以實(shí)現(xiàn)各種不同類型的基于同步語法的統(tǒng)計機(jī)器翻譯，很適合于作為實(shí)驗(yàn)各種理論的研究平臺。總的來看，該系統(tǒng)功能比較強(qiáng)大，但由于其比較復(fù)雜，掌握起來比較困難，性能比現(xiàn)有的基于短語的模型稍差。（本文作者米海濤為中科院計算所博士研究生）
鏈接
統(tǒng)計機(jī)器翻譯第一人與Google
在統(tǒng)計機(jī)器翻譯中有一位頗具傳奇色彩的人物，就是畢業(yè)于德國亞琛工業(yè)大學(xué)的博士生弗朗茨•約瑟夫•歐赫（Franz Joseph Och）。在1999年他開發(fā)出了著名的IBM模型訓(xùn)練工具Giza。在2002年NIST評測中，取得第一名的亞琛工業(yè)大學(xué)的機(jī)器翻譯系統(tǒng)也是由他開發(fā)的。2002年，歐赫從亞琛工業(yè)大學(xué)畢業(yè)后進(jìn)入美國南加州大學(xué)信息科學(xué)研究所(ISI/USC)工作，同時作為Language Weaver公司的顧問，后來于2004年加盟了谷歌（Google）公司。
他所工作的每一個單位都穩(wěn)拿當(dāng)年NIST機(jī)器翻譯評測的第一名。尤其是2005年的NIST評測中，他所在的谷歌公司開發(fā)的漢英機(jī)器翻譯系統(tǒng)取得了0.35的BLEU值，比第二名的南加州大學(xué)(即他原來所在的單位)系統(tǒng)的性能提高了近5個百分點(diǎn)。在2006年評測中，除了漢英機(jī)器翻譯的受限語料項(xiàng)目，其他所有項(xiàng)目的第一名都是谷歌公司。
關(guān)鍵詞：H.264，運(yùn)動估計，整像素預(yù)測
1、引言
H.264是一種高性能的視頻編解碼技術(shù), 它是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動圖像編碼專家組）的聯(lián)合視頻組（JVT：joint video team）開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。論文寫作，整像素預(yù)測。
作為新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率和優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于視頻會議、視頻點(diǎn)播、高清視頻、移動播放器等多個領(lǐng)域。
H.264最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。論文寫作，整像素預(yù)測。和MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術(shù)相比，H.264壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時間和數(shù)據(jù)流量收費(fèi)。論文寫作，整像素預(yù)測。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質(zhì)量流暢的圖像。
在H.264的編碼芯片結(jié)構(gòu)中，相比幀內(nèi)，幀間(Inter Prediction)編碼的效率高，但是運(yùn)算復(fù)雜度也比較高。幀間編碼的核心運(yùn)算部分是“ME”(motion estimation)即運(yùn)動估計，占用最多的邏輯與時鐘資源。幀間預(yù)測的運(yùn)動估計過程分為整像素運(yùn)動估計（IME）和分像素運(yùn)動估計（FME），首先找到整像素的最佳MV，然后再進(jìn)行分像素的搜索。除了巨大的計算復(fù)雜度，編碼過程也很長，包括預(yù)測，重構(gòu)和熵編碼。
2、運(yùn)動估計運(yùn)算
H.264幀間預(yù)測是利用已編碼視頻幀/場和基于塊的運(yùn)動補(bǔ)償?shù)念A(yù)測模式。由于引入了1/4像素精度、多種分割預(yù)測等先進(jìn)技術(shù)，在獲得更高壓縮率的同時，其算法復(fù)雜度也大大提高，使得幀間預(yù)測編碼耗時占到整個編碼計算時間的50%以上，若采用全軟件實(shí)現(xiàn)高清圖像的實(shí)時編解碼，明顯力不從心，這就要求使用高性能的硬件編解碼器來完成高清實(shí)時編解碼任務(wù)，這也是本人研究的主要內(nèi)容。
編碼宏塊(16x16象素)可以分割成不同大小的塊像數(shù)據(jù)，例如16x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、4x4等七種模式。而“ME”的再對各種宏塊分割方式下的每個塊象素進(jìn)行預(yù)測運(yùn)算，然后由后續(xù)模塊統(tǒng)計和比較出最優(yōu)的分割方式。
運(yùn)動估計包括整像素預(yù)測（IME）和分像素預(yù)測（IME）兩部分，這兩部分是串行的。每一個宏塊，只有在IME 做完之后，找到最佳整像素MV，再進(jìn)行FME。
在進(jìn)行IME計算時，首先要計算MVP，對于一個塊象素，預(yù)測運(yùn)算就是在參考幀中搜索出最佳匹配(即兩者差異最小)的同尺寸塊象素作為當(dāng)前塊的參考區(qū)域。如果在整個參考幀的范圍下進(jìn)行全面的搜索，固然可以得到最為匹配的區(qū)域，但是復(fù)雜度太大。事實(shí)上，相鄰塊在參考幀中的匹配區(qū)域一般位置比較接近。綜合考慮算法復(fù)雜度，編碼效果，資源使用等方面，幀間預(yù)測做了如下處理：首先根據(jù)周邊塊的Mv值預(yù)測出當(dāng)前塊的Mv值，即Mvp，然后在Mvp所指參考幀中象素點(diǎn)周邊搜索最佳塊象素。
MVP的搜索過程如圖2所示，假定E為當(dāng)前的宏塊、宏塊分割或者亞宏塊分割，除了16x8和8x16，MVP為A、B、C的MV的中值；對于16x8分割，上面部分MVP由A預(yù)測，下面部分MVP由B預(yù)測；對于8x16分割，左面部分MVP由B預(yù)測，右面部分MVP由C預(yù)測。論文寫作，整像素預(yù)測。以MVP作為搜索的起點(diǎn)。
圖2 MVP 計算
IME在進(jìn)行當(dāng)前宏塊MB（x）的MVP計算的時候，前面的宏塊MB（x-1）包含分像素的MV還未得到，這個時候我們無法得到準(zhǔn)確的A，所以我們此時以MB（x-1）的16x16分割搜索時所得到的整像素MV來代替A，并把據(jù)此計算得到的MVP作為搜索的起點(diǎn)。
3、IME模塊及功能
IME模塊的架構(gòu)如下圖所示
圖3 IME模塊架構(gòu)圖
IME的主要功能是：
（1）數(shù)據(jù)：把原始和參考YUV從inter_config模塊中取出，為PS和FME模塊準(zhǔn)備預(yù)測所需數(shù)據(jù)；
（2）控制：控制幀間預(yù)測的過程
IME的模塊劃分及各自功能：
Pipe_ctrl：不同分割間的搜索和選擇 將不同分割方式的順序搜索改為并行，用兩條水線來實(shí)現(xiàn)加速 Pipe0：進(jìn)行P16x16，P8x16，P4x8 ；Pipe1：進(jìn)行P8x8，P16x8，P8x4，4x4由兩條共同完成（為了減少pipe0的等待時間，把pipe1的部分工作放到pipe0中）
MVp_ctrl：每種分割的具體搜索過程
（1）計算MVp值
（2）控制reg_ctrl模塊的數(shù)據(jù)存取
Reg_ctrl：為相連模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
（1）為整像素準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳輸給PS模塊；
（2）為分像素搜索準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳輸給FME模塊；
（3）為重構(gòu)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳輸給FME模塊
4、與IME模塊相關(guān)的主要功能模塊
圖3中與IME工作相關(guān)的有兩個主要的部分，一個是Inter_config 模塊，還有一個是PS模塊，它們在系統(tǒng)中起著重要的作用。論文寫作，整像素預(yù)測。
1. Inter_config模塊及功能描述
Inter_config模塊，即幀間數(shù)據(jù)調(diào)度模塊，其數(shù)據(jù)傳送如圖4所示，Inter_config模塊有兩部分功能：一是為IME服務(wù)，把IME所需的數(shù)據(jù)從DDR取到Sram；二是為Loop Filter服務(wù)，把LoopFilter模塊的deblock運(yùn)算所需要的一部分?jǐn)?shù)據(jù)從DDR取到Sram以及將deblock運(yùn)算后的宏塊數(shù)據(jù)存入DDR。
圖4 Inter_config模塊數(shù)據(jù)傳送
Inter_config模塊與IME有關(guān)的工作包括：
1）取原始YUV數(shù)據(jù)，Luma部分直接拉給IME_Reg_o，Chroma部分存入Sram0。
2）為IME準(zhǔn)備計算所需的9個宏塊的Luma數(shù)據(jù)，并存入Sram0和Sram1。
3）將這9個宏塊的Chroma數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到Sram1中，用于Chroma資料拼接之用。
4）接收到IME_ChromaStart_i信號有效后，開始FME運(yùn)算所需Chroma數(shù)據(jù)的相關(guān)準(zhǔn)備工作。包括：①從Sram0中取Chroma的原始YUV送給IME；②從Sram0中取Chroma3x3Mb數(shù)據(jù)并進(jìn)行拼接（將每個block對應(yīng)的2x2像素，向右向下擴(kuò)展，變成3x3像素）后送給IME。論文寫作，整像素預(yù)測。
5）把最后一行的5個mv（當(dāng)前Mb最后一行的block的4個mv及右側(cè)相鄰的1個mv）存入Sram0，作為下一宏塊行進(jìn)行Mvp預(yù)測所需數(shù)據(jù)。
2. PS模塊功能描述
PS模塊，即預(yù)測選擇模塊，本模塊主要用于選擇當(dāng)前編碼宏塊的最佳預(yù)測方式，幀內(nèi)預(yù)測還是幀間預(yù)測；若是幀間預(yù)測還需給出宏塊的最佳分割以及分割的最佳MV，除此之外，還需求殘差值，用于后面的重建。其主要功能如下：
1）接收IME模塊的整像素亮度值，以進(jìn)行整像素搜索，找出最佳的整像素MV；
2）將兩套流水線所得出的cost進(jìn)行比較，選出最佳partition；
3）接收inter_ctrl模塊中IME模塊的亞像素亮度值，以進(jìn)行亞像素搜索，找出最佳的亞像素MV以及cost，并與最佳的整像素MV的cost相比較，選擇最佳的MV；
4）將選出的最佳的cost與intra_ctrl中的最佳的cost，比較得出最佳的預(yù)測方式，幀間還是幀內(nèi)；
5）若選出的是幀內(nèi)，則結(jié)束當(dāng)前宏塊的幀間操作，準(zhǔn)備下一個宏塊的幀間操作；若選出的是幀間，則接收IME或FME的亮度和色度值，進(jìn)行求殘差操作，送給DCT以備后面重建。
5、總結(jié)及展望
本文對幀間編碼中IME運(yùn)算所需數(shù)據(jù)進(jìn)行探討和分析，并提出一套架構(gòu)設(shè)計方案，時序和資源使用都比較優(yōu)化。設(shè)計方案在空間上具有較高的并行度，處理能力高，非常適合實(shí)現(xiàn)高清視頻編碼。目前市場上對于H.264的研究開發(fā)一般都是基于PC或者DSP解決，很少有基于硬件實(shí)現(xiàn)的開發(fā)，功能上還不足以實(shí)現(xiàn)高清實(shí)時信號的編碼和解碼。本設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)幀間預(yù)測的關(guān)鍵部分，在后續(xù)的研究中如果能使用H.264標(biāo)準(zhǔn)在幀間預(yù)測所帶來的高壓縮率，如果能將其帶來的復(fù)雜度的增加限制在可容忍的范圍內(nèi)，支持幀間預(yù)測的高清實(shí)時視頻編解碼的芯片實(shí)現(xiàn)是非常有意義的，應(yīng)用前景很廣闊。
參考文獻(xiàn)
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論文關(guān)鍵詞：RFID，醫(yī)藥品，物流，信息系統(tǒng)
引言
近些年來，頻頻出現(xiàn)的醫(yī)藥品安全事故使公眾對醫(yī)藥品生產(chǎn)工藝和用藥安全產(chǎn)生了不同程度的質(zhì)疑。部分事故就是由于現(xiàn)在醫(yī)藥品物流系統(tǒng)的不完善所導(dǎo)致的。為此，商務(wù)部將出臺《醫(yī)藥物流企業(yè)分級評估指標(biāo)》、《醫(yī)藥物流服務(wù)規(guī)范》、《藥品零售企業(yè)經(jīng)營服務(wù)規(guī)范》和《藥品現(xiàn)代物流企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》等針對醫(yī)藥物流企業(yè)的一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，改善醫(yī)藥品物流信息系統(tǒng)，提高其服務(wù)水平，增強(qiáng)醫(yī)藥品監(jiān)管、維護(hù)正常的藥品市場秩序，成為當(dāng)務(wù)之急。
1 RFID的基本概念
Radio Frequency Identification（RFID）即無線射頻識別，是利用電磁感應(yīng)、無線電波或者是微波等信號通過空間耦合進(jìn)行非接觸式的雙向通信信息系統(tǒng)，通過這種形式的數(shù)據(jù)交換從而達(dá)到識別目標(biāo)的一種技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽。[1]
由于具有可非接觸式數(shù)據(jù)交換、有效讀寫距離遠(yuǎn)、讀寫速度快、可識別高速運(yùn)動的物品、數(shù)據(jù)記憶容量大、安全保密性高、讀寫穿透力強(qiáng)、可重復(fù)使用、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此RFID主要用于軍事、航空、交通、物流、制造、汽車、零售、醫(yī)療、動物、食品、票證、服裝、圖書、煤礦、防偽等廣泛領(lǐng)域中的自動識別和數(shù)據(jù)采集。
RFID的初次使用可追溯到上世紀(jì)六十年代電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）中的比特電子標(biāo)簽。從七十年代開始，RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入到快速發(fā)展的時期，如RFID技術(shù)逐漸融入到動物追蹤識別系統(tǒng)以及電子車牌系統(tǒng)。RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入到商業(yè)應(yīng)用階段是從八十年代開始，此后各種規(guī)模的RFID系統(tǒng)開始出現(xiàn)，RFID技術(shù)及產(chǎn)品逐漸成為人們生活的一部分，RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題也日趨得到重視論文服務(wù)。自本世紀(jì)初開始，RFID技術(shù)開始向物流與供應(yīng)鏈領(lǐng)域滲透。[8]
一個完整的RFID系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由RFID數(shù)據(jù)采集器、中間件或接口、應(yīng)用系統(tǒng)軟件以及信息管理平臺構(gòu)成；其中數(shù)據(jù)采集器內(nèi)包含標(biāo)簽、芯片、閱讀器以及天線，這其中的芯片主要用于數(shù)據(jù)交換時的儲存。正是由于芯片的這一獨(dú)特之處，使得RFID與傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)有所區(qū)別。[9]
整個RFID系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：RFID系統(tǒng)工作時必須有個前提，就是要處于一定的有效磁場區(qū)域內(nèi)。帶有信息的電子標(biāo)簽進(jìn)入到有效磁場區(qū)域內(nèi)，當(dāng)閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻查詢信號，這時電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流獲得的能量而被激活，將存儲在芯片的信息經(jīng)自身解碼后通過內(nèi)置天線發(fā)送出去。閱讀器的接收天線接收到信號后，傳送給到閱讀器。接下來信息系統(tǒng)，閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)解碼，解碼后的信息通過應(yīng)用系統(tǒng)軟件最終輸送到信息管理平臺進(jìn)行相應(yīng)處理和控制。[2]
圖1 RFID系統(tǒng)工作原理圖
2 醫(yī)藥品物流系統(tǒng)分析
醫(yī)藥品物流是在依托一定的物流設(shè)備、技術(shù)和物流管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，有效整合營銷渠道上下游資源，優(yōu)化醫(yī)藥品供、銷、配、運(yùn)等環(huán)節(jié)中的驗(yàn)收、存儲、分揀、配送等作業(yè)過程，通過自動化、信息化和效益化等技術(shù)的應(yīng)用，從而提高訂單處理能力，減少貨物分揀差錯，降低庫存及縮短配送時間，進(jìn)一步降低
物流成本，提高物流服務(wù)水平和資金使用效益。典型的醫(yī)藥品物流過程如圖2所示：[3]
圖2 醫(yī)藥品物流過程
2009年，國務(wù)院出臺了《物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，醫(yī)藥品物流的發(fā)展是其中的主要任務(wù)之一。由于醫(yī)藥品自身的一些特性，醫(yī)藥品物流系統(tǒng)相比較于其他物流系統(tǒng)而言，對于逆向物流的管理更為重要。
2.1醫(yī)藥品物流復(fù)雜性高
醫(yī)藥品行業(yè)是一個集高投入、高技術(shù)、高風(fēng)險與高回報等特點(diǎn)于一身的行業(yè)。醫(yī)藥品物流最大的特點(diǎn)就是分類復(fù)雜、品種繁多。醫(yī)藥品行業(yè)分類如表1所示：
表1 醫(yī)藥品行業(yè)分類
序號
標(biāo)志值
類型
1.
按照自身性質(zhì)分
化學(xué)原料藥、化學(xué)藥品、醫(yī)療器械、化學(xué)試劑以及保健品等
2
按照來源和性狀
中藥材、中藥飲片、中成藥，化學(xué)原料藥及其制劑、抗生素類、生化藥品、血清疫苗、血液制品，放射性藥品等
3
按照溫度分
常溫品種、低溫品種、冷凍品種等
4
按中國藥品管理制度分
處方藥和非處方藥
5
編解碼技術(shù)。多媒體通信的一個顯著特點(diǎn)就是要傳輸?shù)男畔⒘糠浅４?，尤其是視頻數(shù)據(jù)，其編解碼技術(shù)在較大程度上影響著業(yè)務(wù)的質(zhì)量。IPTV采用了先進(jìn)高效的視頻壓縮編碼技術(shù)，使得視頻流在800Kb/s的有限帶寬上接近DVD（MPEG2）的視覺效果（DVD的視頻傳輸帶寬通常為3Mb/s）。目前主要編解碼技術(shù)是MPEG4、H.264與AVS三種。MPEG系列是重要的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，所有的視頻編碼技術(shù)都參照了MPEG技術(shù)。H.264是新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264的壓縮率是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5至2倍，這樣超高的壓縮率是以犧牲編碼運(yùn)算量為代價的，但其解碼的運(yùn)算量漲幅較小，比較容易實(shí)現(xiàn)用戶接收播放。AVS是中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)音視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是高清晰度數(shù)字電視、寬帶網(wǎng)絡(luò)流媒體、移動多媒體通信、激光視盤等數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)群的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。
流媒體傳送技術(shù)。對于傳送IPTV音視頻數(shù)據(jù)流而言，流媒體傳送技術(shù)極其重要，先進(jìn)的技術(shù)可以節(jié)約系統(tǒng)帶寬、減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)、優(yōu)化系統(tǒng)。流媒體傳送系統(tǒng)主要設(shè)備是中心/邊緣流媒體服務(wù)器與存儲分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。流媒體服務(wù)器具有較高的穩(wěn)定性，支持多個并發(fā)流和直播流的需求，而存儲分發(fā)網(wǎng)絡(luò)由多個服務(wù)器組成，通過負(fù)載均衡（如CDN）來大規(guī)模組網(wǎng)。CDN網(wǎng)絡(luò)除了提高用戶響應(yīng)速度之外，還有一個更為重要的作用，就是減輕巨大的數(shù)據(jù)流量對骨干網(wǎng)的壓力。
數(shù)字版權(quán)管理（Digital Rights Management，DRM）。它是保護(hù)多媒體內(nèi)容免受未經(jīng)授權(quán)的播放和復(fù)制的一種方法，為內(nèi)容提供者提供視頻、音樂、彩鈴、論文、圖片等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)免受非法復(fù)制和使用保護(hù)的一種手段。數(shù)字多媒體內(nèi)容是IPTV中最為關(guān)鍵的節(jié)目來源。有了DRM技術(shù)，可使各個平臺(無論是因特網(wǎng)、流媒體還是交互數(shù)字電視)的內(nèi)容提供商們放心地提供更多的內(nèi)容，采取更靈活的節(jié)目銷售方式，同時有效地保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。
IP機(jī)頂盒技術(shù)。IPTV系統(tǒng)的接收端包括計算機(jī)、電視機(jī)與手機(jī)。由于電視機(jī)本身并沒有存儲功能，不支持軟件安裝，也無法像手機(jī)那樣加裝流媒體支持功能，因而無法實(shí)現(xiàn)IP的支持功能，必須加裝一個IP數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成電視機(jī)可以接收的信號的機(jī)頂盒才能收看IPTV節(jié)目。機(jī)頂盒應(yīng)具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、接入支持、協(xié)議支持、業(yè)務(wù)支持、解碼支持等功能。
在廣電系統(tǒng)數(shù)字電視平移模式中，杭州模式對IPTV技術(shù)的應(yīng)用最為成功。杭州數(shù)字電視模式實(shí)質(zhì)上就是用以太網(wǎng)接入，只是最后一段線路即樓道交換機(jī)到戶內(nèi)終端使用的是同軸電纜，它成功地將IPTV技術(shù)和廣電的數(shù)字電視進(jìn)行了結(jié)合?，F(xiàn)在，其他省市的廣電系統(tǒng)已經(jīng)在以杭州模式為示范建設(shè)自己的廣電網(wǎng)絡(luò)。江西省的情況和杭州的實(shí)際情況有差別，不具有發(fā)展IPTV業(yè)務(wù)的優(yōu)勢平臺，所以我們不能停留于模仿層面，而應(yīng)該在總結(jié)先行者的經(jīng)驗(yàn)中，尋找更好的在廣電網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用IPTV技術(shù)的方法。
一、數(shù)字電視平移是廣電網(wǎng)絡(luò)追求效益的增長點(diǎn)。IPTV能夠提供多種形式的內(nèi)容服務(wù)，傳輸電視節(jié)目只是其功能應(yīng)用的一部分，它還可以提供其他的電視類業(yè)務(wù)、通信類業(yè)務(wù)和各種增值業(yè)務(wù)，滿足我們的各種需求。
二、增加多種形式的內(nèi)容服務(wù)要求更寬的帶寬來進(jìn)行傳輸，IPTV采用的編碼和壓縮技術(shù)是最新的高效視頻壓縮技術(shù)，它壓縮了數(shù)據(jù)，節(jié)約了帶寬。同時IPTV可以在傳輸?shù)倪^程中把視頻內(nèi)容按IP協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)包，能根據(jù)用戶不同的需要，靈活解決網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯栴}。如果用戶的頻帶寬，就可以壓縮率低一些，傳的包多一些，質(zhì)量好一點(diǎn)；如果用戶對節(jié)目的清晰度沒有太高的要求，可以采用壓縮率高一些，傳的包少一些。這也解決了江西省現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)帶寬不足、無法繼續(xù)添加業(yè)務(wù)的問題。
三、真正實(shí)現(xiàn)互動是IPTV最重要的一個優(yōu)勢。IPTV不僅能滿足受眾觀看節(jié)目的個性化需求，而且能讓受眾參與到電視節(jié)目中來，與電視臺一起完成節(jié)目。
