一种双三次插值实时超分辨率VLSI设计

视频超分辨率技术具有广阔的应用前景,但基于深度学习方法的算法复杂度过高,难以实现实时计算.因此,近年来研究者们开始探索基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的超分辨率算法加速器,以利用FPGA的优势来提高算法的性能和能耗,实现实时的视频超分辨率.设计了一种基于FPGA的高效高速双三次线性插值超大规模集成电路(Very Large Scale Integration Circuit,VLSI)架构,可用于4倍实时视频超分辨率.该FPGA架构解决了实现双三次插值过程中所需的复杂内存访问模式的问题,并提出了一种基于乒乓操作的数据重排硬件设计,将算法输出的特定顺序数据重新以行为主进行排列,使得硬件能够直接或较为简单地对接HDMI等视频接口.此外,采用状态机、流水线等方式降低设计功耗和减少时序违例,使得整个硬件设计可以更高频率运行.本研究在Zynq-7020 FPGA上实现了硬件架构,能够实时将qHD(960×540)的视频超采样为UHD(3840×2160)高清视频.实验结果表明,该硬件设计只需缓存1行图像像素,延迟仅为9.6μs,帧率达到192.9 Hz,成功实现实时处理.游戏图像数据集的测试结果表明,该设计峰值信噪比最高可达35.67 dB,结构相似度达到96.3%.

“VLSI设计”课程实践教学模式探索

针对“VLSI设计”课程实践教学中存在关注设计流程、掌握相关EDA工具,但缺乏对先进电路版图设计技术应用和创新实践的问题,提出了基于课前熟悉流程工具、课堂开展归纳分析和课后作业改进创新三个层次的实践教学模式,并以晶体管设计实践课为例,阐述了三个层次的实践教学方法。采用该实践教学模式使学生在熟练掌握全定制物理设计流程的同时,培养了探索创新的思维和追求极致性能的信念,为进一步提高集成电路设计人才的培养质量提供了有益参考。

低面积低功耗的定点数指数计算方法及其VLSI实现

现有的坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法计算二进指数时,需要采用乘法器进行换底操作,增大了硬件消耗。为了解决此问题,提出了全新的可直接用于计算二进指数的二元双曲旋转CORDIC(BHR CORDIC)算法,得到了定点数指数计算单元,并将其描述成Verilog硬件描述语言(HDL)。基于65 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,对提出的定点数指数计算单元进行综合,结果表明:相较于现有技术,基于BHR CORDIC定点数指数计算单元的超大规模集成电路(VLSI)的实现,可节约11.92%的面积和7.63%的功耗,且频率提升2.45%。

集成电路固有失效机理的可靠性评价综述

ULSI/VLSI集成电路芯片的可靠性既与设计有关,也与工艺加工过程有关,即芯片的可靠性是设计进去、制造出来。设计是集成电路芯片可靠性的基础,工艺制造是集成电路芯片可靠性的实现。要使超大规模集成电路在特定的寿命期间内能够稳定地工作,必须对影响集成电路芯片可靠性的固有失效机理进行评价。评价的目的是确定磨损失效的机理,通过改进设计和工艺加工水平确保集成电路芯片在整个产品寿命期间有良好的可靠性。本文梳理了国内外集成电路芯片固有失效机理的可靠性评价标准,阐述了这些固有失效机理的产生机制,总结了不同固有失效机理的试验方法,提出了固有失效机理的可靠性评价要求。这些标准、方法和可靠性评价要求具有很强的时效性,集成电路芯片固有失效机理的可靠性评价将在工艺开发、建库及工程服务中发挥作用,并有助于推动国内合格生产线认证的开展。

VLSI电路可测性设计技术及其应用综述

综述了超大规模集成电路的几种主要的可测试性设计技术,如扫描路径法、内建自测试法和边界扫描法等,并分析比较了这几种设计技术各自的特点及其应用方法和策略。

参数可选的高速椭圆曲线密码专用芯片的VLSI实现

研究了椭圆曲线密码体制的VLSI实现问题。从点乘运算层与群运算层调度到有限域上的高速运算方法等方面给出了一些提高椭圆曲线上点乘运算的新方案;提出了一种域与曲线参数可选择的高速椭圆曲线密码专用芯片VLSI新结构。基于0.6mm单元库,芯片面积约为36mm2。综合后仿真结果表明:设计芯片能够有效地完成数字签名与身份验证完整流程,在20MHz下平均每次签名时间为62.67ms,高于目前报道的其它同类芯片。

HEVC帧内预测Planar和DC模式的VLSI架构设计与实现

在研究新一代高性能视频编码标准(HEVC)帧内预测中planar和DC模式预测算法的基础上,分别设计了高效VLSI架构,通过状态机的自适应控制和模块的复用来实现速度的提高和面积的减少。针对planar模式,设计了一种基于状态机自适应控制的寄存器累加架构;针对DC模式,设计了一种基于算法的分割处理架构。实验结果表明,所设计的架构在TSMC180 nm的工艺下最高频率为350 MHz,面积合计为68.1 kgate,能够实现对4∶2∶0格式7 680×4 320@30 f/s视频序列的实时编码,最高工作频率可以达到23.4 MHz。

符合DTMB标准的非规则码LDPC解码器VLSI设计

在完全符合数字电视地面传输中国国家标准(DTMB)的芯片系统中,实现了一个码长为7 493bit,同时支持3种码率(0.4,0.6,0.8)的非规则LDPC码解码器。在该设计中,使用了一种新的存储器调用的控制策略,在只比单码率最多增加不到5%的存储器的情况下,实现了3种码率存储器的复用。在最大迭代次数为15次的情况下,可以达到150Mbit/s的高吞吐率,而在DTMB中所需的50Mbit/s数据率要求下,迭代次数可高达45次。还给出了FPGA的综合报告和基于SMIC 0.13μm CMOS工艺下的解码器版图。

JPEG2000实时截断码率控制新算法及其VLSI结构设计

提出一种实时编码实时截断的码率控制算法.它根据已分解的小波子带内码块有效位平面数来预测未分解的小波子带内码块有效位平面数,并根据编码通道数和小波/量化权系数为当前编码码块分配码率.并提出一种JPEG2000编码实时截断,两级码率控制的编码体系结构.第一级采用本文提出的算法实时截断码流和编码通道.第二级在低码率下采用JPEG2000标准的PCRD优化算法搜索精确的分层截断点.在最优分层截断之前多数码流和编码通道被预先截断,存储器损耗小,实时性高.低码率下,图像质量跟JPEG2000标准一致.

基于IDDQ测试的VLSI门内电阻式桥接故障仿真

为真实模拟集成电路中的桥接故障并评价测试集质量,提出一种基于静态电源电流(IDDQ)测试的逻辑电路门内电阻式桥接故障仿真算法.首先,针对该故障类型,提出一种覆盖率评价标准;其次,利用电路级故障注入与仿真方法构造基本逻辑门单元的故障字典;最后,通过在逻辑电路功能仿真中查询故障信息实现门级的故障仿真.仿真实验表明:相比于传统方法,所提方法能更好地反映测试集对真实桥接故障的覆盖效果,并具备良好的仿真效能.

一种适合JPEG2000的离散小波变换VLSI统一结构

提出了一种基于提升算法(lifting)的离散小波变换(DWT)统一结构。它无需额外的边界延拓过程,经配置后可适用于JPEG2000中的无损或有损小波变换。通过将边界延拓过程内嵌于离散小波变换中,可以降低功耗,减少所需内存。为了达到更高的处理速度和硬件利用率,采用了流水线和折叠结构。这种高效紧凑的离散小波变换结构适用于JPEG2000编码器和各种实时图像/视频应用系统。

具有拥塞缓解策略的动态虚拟通道研究及其VLSI实现

虚拟通道技术改善了片上网络性能,却带来了巨大的面积与功耗开销.通过分析静态虚拟通道的不足,提出了基于拥塞缓解策略的动态虚拟通道结构.它采用链表方式组织缓冲,可以自动调整通道结构来适应各种流量负载:在较低流量下,该结构扩展通道队列深度,减小了报文传输延迟;在较高流量下,它增加虚拟通道数量,消除队列头阻塞与通道不足阻塞,并缓解拥塞现象发生,减少流反馈次数,提高了网络吞吐率.在90nm CMOS工艺下完成了DVC路由器的VLSI设计,与传统路由器相比,不仅改善了报文传输延迟与吞吐率,而且有效降低了面积与功耗开销.

比特平面并行的EBCOT编码及其VLSI结构

该文提出了比特平面并行处理的EBCOT编码算法 .通过分析JPEG2 0 0 0中EBCOT编码结构 ,指出每一个比特平面的编码信息可以同时获得 ,从而给出了比特平面并行处理的块编码方法 ,并且详细说明了实现的VLSI结构 .与现有的结构相比 ,该结构具有并行度高、避免编码位置的时钟浪费等特点 .从实验结果表明 ,比特平面并行处理方式所需的时钟周期最少 ,FPGA原型系统最高时钟频率可达 5 2MHz,图像质量达到了公布的JPEG2 0 0 0标准 .

一种适用于JPEG2000的高速MQ编码器的VLSI实现

MQ编码器对于无损的数据压缩是一种非常有效的方法 ,它已被 JPEG2 0 0 0标准所采用。但该编码算法复杂度高 ,执行速度慢。文中提出了一种基于动态流水的高性能 MQ编码器的 VLSI结构。为了获得高速处理能力 ,首先分析了 JPEG2 0 0 0标准中 MQ编码算法的软件流程 ,并对其进行了相应的修改以适应硬件实现 ,然后采用了“动态流水”技术 ,可以根据变化的运算量来实时地安排流水操作。本 MQ编码器结构经 Xilinx FPGA实现 ,处理速度可达约 0 .6 2 5bit/ cycle( 32 .83Mbit/ sec)

一种分像素运动补偿插值滤波方法及高效VLSI实现

现代视频编码标准普遍采用变换与运动补偿预测混合型编码架构,该架构对运动补偿预测后的残差图像和运动矢量等信息进行变换编码,运动补偿预测的准确度对编码性能有显著影响.由于实际对象的运动精度是任意小的,允许运动矢量具有“分像素”精度,可以有效地提高运动补偿预测准确度,为了得到“分像素”位置的像素值,需要参考其周围相邻的像素值进行插值滤波.文中提出了一种低空间复杂度1/4像素插值方法两步四抽头插值法(Two Steps Four Taps Interpolation,TSFT),该方法与目前国际上最先进的视频编码标准H.264/AVC相比,可以降低11%的空间复杂度,计算复杂度和编码效率相当,已经被国内制定的编码标准AVS1.0采纳.另外,分像素插值是解码端主要的访存和计算瓶颈,文中给出了一个基于多级流水线结构的VLSI实现结构,可以降低访存带宽,同时提高插值器的运算速度,满足高清视频实时解码的需要.

可重构的椭圆曲线密码系统及其VLSI设计

研究了一种新的结构可重构的椭圆曲线密码系统及其 VL SI设计问题 .从点乘与群运算层的调度到有限域上的高速运算方法等方面出发 ,提出了一些提高椭圆曲线上点乘运算的新方案 ;给出了一种新的支撑域和曲线参数可选择、结构可重构的高速椭圆曲线密码专用芯片 VL SI架构 .采用全定制与基于 0 .6 μm CMOS标准单元库综合相结合的方式实现了该系统 .测试结果表明 :设计芯片能够有效地完成数字签名与身份验证完整流程 ;在 2 0 MHz的工作频率下 ,平均每次签名时间为 6 2 .6 7ms.

微纳米CMOS VLSI电路可靠性仿真与设计

介绍了CMOS VLSI的可靠性建模和仿真技术的发展历史、相应的仿真工具、失效机理等效电路和算法,重点总结了当前最新的CMOS超大规模集成电路可靠性建模仿真技术,为促进我国集成电路可靠性设计水平起到积极的作用。

一种VLSI设计到无向赋权图的转换系统

基于VLSI剖分问题的需要,设计并实现了VLSI设计到无向赋权图的转换系统(VLSI/Graph Converter,VGC).介绍了电路构造图和图文件存储格式,给出了VGC的处理流程图,提出了针对VLSI线网的无向赋权图转换算法.该算法解决的关键问题是,遍历树状结构的VLSI线网,将其转换为无向赋权图并存储为指定的图文件格式.VGC系统在Windows平台下用C++实现.实验及分析表明,该系统能正确地将Verilog语言描述的门级CPU转换为无向赋权图,避免了直接在VLSI线网上进行剖分,提高了VLSI剖分的效率.

JPEG2000二维离散小波变换高效并行VLSI结构设计

提出一种基于提升算法,实现JPEG2000编码系统中二维离散小波变换(DWT)的高效实时并行VL SI结构设计方法.利用该方法所得结构使行和列滤波器同时进行滤波,用少量行缓存代替大量中间存储空间,用优化的移位加操作替代乘法操作.整个结构采用流水线设计方法处理,在保证同样的精度下,大大减少了运算量,增加了硬件资源利用率,加快了变换速度,减小了电路的规模.二维离散小波滤波器结构已经过VerilogHDL行为级仿真验证,并可作为单独的IP核应用于正在开发的JPEG2000图像编、解码芯片中.

VLSI成品率预测与仿真

本文建立ＩＣ光刻工艺相关缺陷计算模型和基于ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ统计成品率计算模型．阐述了集成电路功能成品率仿真系统ＸＤＹＥＳ实现，讨论了应用ＸＤＹＥＳ实现功能成品率设计，并给出该系统实用性验证．研究分析表明，其结果与实际结果符合很好．