有限状态熵编码的硬件加速设计与实现

发布时间：2022-01-22 12:25

　　随着大数据、人工智能、云计算和5G等技术的飞速发展,数据压缩技术显得越来越重要。Zstd（Zstandard）是Facebook提出的一种开源的无损压缩算法,并于2018年发布稳定版。相对于现有的压缩算法,具有更佳的压缩性能,已成为该领域的研究热点。Zstd提供了22种压缩等级,用于权衡压缩速度和压缩率,具有普适性。但对于特定应用领域,尤其是需要处理海量数据的领域,仍然难以满足应用需求。硬件加速为解决这类问题提供了一条有效的途径。本文针对Zstd中的有限状态熵编码（Finite State Entropy,FSE）提出了一种适用于硬件实现的压缩、解压硬件架构设计方法,并采用软硬件协同设计进行实现。设计中,序列映射、符号次数统计、次数归一化、建压缩表采用软件实现,序列压缩采用硬件实现。考虑到硬件实现应具有通用性,本设计中的压缩表通过实时计算得到,其表的大小为固定值。为提高压缩速度,序列压缩采用7级流水进行实现,其映射后序列没有使用软件实现中的数据,而是通过重新计算得到。序列压缩过程中的所有输入、输出数据都采用SRAM进行存储。解压主要包括建解压表和序列解压,其中建解压表采用软件实现,序列... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

逻辑综合约束脚本Fig.4-2Logicalsynthesisconstraintscript

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-58-Slack分别如图4-3、4-4所示。可知，Slack为正值，即本文的设计满足时序要求（时序裕量）。添加相应的库验证Setup文件是否正确将RTL级代码读入到DC工具中将编写的约束脚本添加到设计中对设计进行逻辑综合优化生成报告保存逻辑综合优化后的设计图4-1逻辑综合设计流程Fig.4-1Logicalsynthesisdesignprocess图4-2逻辑综合约束脚本Fig.4-2Logicalsynthesisconstraintscript图4-3序列压缩的slack值Fig.4-3Slackvaluesforsequencecompression

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-59-图4-4序列解压的slack值Fig.4-4Slackvaluesforsequencedecompression逻辑综合结束后。序列压缩的部分模块结构图如图4-5所示，具体的信号描述可参考表4-1。序列解压的模块结构图如图4-6所示，具体的信号描述可参考表4-3。图4-5序列压缩的部分模块结构图Fig.4-5Partialmodulestructurediagramforsequencecompression

【参考文献】：
期刊论文
[1]几种常用无损数据压缩算法研究[J]. 郑翠芳.  计算机技术与发展. 2011(09)

硕士论文
[1]基于FPGA的GZIP硬件压缩电路设计[D]. 张思思.西安电子科技大学 2016
[2]AMR和AAC音频双压缩检测研究[D]. 李晗.华南理工大学 2015



本文编号：3602194