本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的GZIP硬件壓縮電路設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當(dāng)今社會(huì),在信息呈現(xiàn)出爆炸式增長,云計(jì)算的興起,大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來,新的工作負(fù)載不斷增大,海量數(shù)據(jù)傳輸和存儲的問題不斷引起關(guān)注,如何能夠高效的傳輸海量的數(shù)據(jù),同時(shí)不對處理器造成過于沉重的負(fù)荷的問題亟待解決。當(dāng)處理和傳輸海量數(shù)據(jù)的時(shí)候,必然會(huì)占用大量的內(nèi)存和帶寬,所以在數(shù)據(jù)傳輸和存儲之前對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮將是非常必要的。GZIP作為一種適宜實(shí)現(xiàn)的壓縮算法。該算法綜合了字典模式LZ77算法(Abraham Lempel和Jacob Zib在1977年提出)和統(tǒng)計(jì)冗余的Huffman(David A.Huffman提出)兩種算法,不但可以達(dá)到很高的壓縮率,而且該算法已經(jīng)開源,沒有專利保護(hù),適合硬件來實(shí)現(xiàn),通過該算法高效的數(shù)據(jù)壓縮率,能夠顯著減少存儲數(shù)據(jù)所需要的空間,同時(shí)提升數(shù)據(jù)帶寬效率。雖然GZIP壓縮算法已經(jīng)取得很好的壓縮率,但是基于軟件的GZIP壓縮算法速率并不高,而且存在過多占用處理器資源的缺點(diǎn),對于海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時(shí),長時(shí)間占用大量CPU資源,不能充分的發(fā)揮CPU的性能,且軟件基于串行執(zhí)行特性,速率較低,使其難以實(shí)現(xiàn)處理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。本論文提出基于FPGA實(shí)現(xiàn)的GZIP壓縮電路,利用FPGA低功耗,強(qiáng)大的并行計(jì)算能力等優(yōu)勢,大幅提高壓縮速率,基于該硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多種用于加速的硬件電路,加速方案包括:修改字典存儲器,高效的哈希算法和匹配方法等。針對所設(shè)計(jì)的電路,完成了在FPGA開發(fā)平臺上的測試,運(yùn)行頻率125MHz,壓縮單通道吞吐率可達(dá)400Mbps;同時(shí)采用卡爾加里語料庫進(jìn)行測試,相對比軟件模型,壓縮測試結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的電路在支持標(biāo)準(zhǔn)GZIP文件壓縮格式的同時(shí),盡管壓縮率有所降低,但壓縮速率提升10倍左右。本文提出的基于FPGA實(shí)現(xiàn)的壓縮電路對于通用數(shù)據(jù)具有較好的數(shù)據(jù)壓縮效果,同時(shí)擁有較高的吞吐量,可廣泛用于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮的云計(jì)算、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：無損壓縮 壓縮率 LZ77 Huffman GZIP
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN791
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 課題背景和意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 研究內(nèi)容17
• 1.4 論文章節(jié)安排17-19
• 第二章 數(shù)據(jù)壓縮與總線接口19-29
• 2.1 數(shù)據(jù)壓縮算法與性能分析19-20
• 2.1.1 數(shù)據(jù)壓縮算法分類19-20
• 2.1.2 數(shù)據(jù)性能指標(biāo)20
• 2.2 PCIE總線接口20-23
• 2.2.1 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.2 PCIe包處理機(jī)制22-23
• 2.3 DMA存取機(jī)制23-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 GZIP數(shù)據(jù)壓縮算法研究與性能分析29-45
• 3.1 GZIP算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與性能分析29-42
• 3.1.1 GZIP壓縮算法實(shí)現(xiàn)流程29-31
• 3.1.2 LZ77算法實(shí)現(xiàn)流程31-36
• 3.1.3 Huffman算法實(shí)現(xiàn)流程36-39
• 3.1.4 靜態(tài)Huffman實(shí)現(xiàn)流程39-42
• 3.2 基于軟件模型的壓縮率仿真分析42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 硬件設(shè)計(jì)和加速設(shè)計(jì)45-65
• 4.1 設(shè)計(jì)要求與系統(tǒng)整體構(gòu)建45-48
• 4.1.1 設(shè)計(jì)要求45
• 4.1.2 系統(tǒng)整體構(gòu)建45-48
• 4.2 基于LZ77算法的無損壓縮模塊設(shè)計(jì)48-60
• 4.2.1 輸入緩存模塊49-52
• 4.2.2 哈希計(jì)算模塊52-54
• 4.2.3 哈希鏈表實(shí)現(xiàn)54-58
• 4.2.4 匹配數(shù)據(jù)比對模塊58-60
• 4.3 基于Huffman算法無損壓縮模塊設(shè)計(jì)60-61
• 4.4 數(shù)據(jù)打包模塊設(shè)計(jì)61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-65
• 第五章 基于FPGA驗(yàn)證平臺搭建和結(jié)果分析65-77
• 5.1 驗(yàn)證平臺與仿真方案65-69
• 5.2 基于FPGA的驗(yàn)證69-72
• 5.3 測試結(jié)果與對比分析72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-77
• 第六章 總結(jié)和展望77-79
• 6.1 總結(jié)77
• 6.2 展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-81
• 致謝81-82
• 作者簡介82-83

【相似文獻(xiàn)】

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