時間：2023-03-21 17:03:35
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論文關鍵詞:直讀式電子壓力計;單芯遠距離傳輸;曼徹斯特碼;編碼;解碼
論文摘要:本文從現有存儲式電子壓力計的技術現狀出發，分析了在井下高溫、高壓、遠距離條件下，實現壓力、溫度數據實時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計的數據傳輸方案和實施，并從技術需求分析、通訊方案選擇、單芯遠距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設計等方面，對直讀式電子壓力計數據傳輸方案進行了深入研究。試驗數據分析結果表明，本文研究結果解決了直讀式電子壓力計的關鍵技術，增強了電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力。
一、引言
目前存儲式電子壓力計已廣泛應用于國內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，儀器內的單片機系統和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數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據回放儀與壓力計連接，通過軟件和硬件接口通訊進行數據的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產。
因此，為克服存儲式電子壓力計的上述缺點，提高油田生產效率，提升電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力，必須研制在井下高溫、高壓、遠距離條件下，實現壓力、溫度數據實時可靠采集、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需求分析
（一）功能及主要技術指標要求
直讀式電子壓力計實現井下壓力和溫度參數的測量，并將測量結果通過單芯鎧裝電纜實時傳送至地面解碼控制儀，主要技術指標要求如下所示。
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、模數轉換電路、單片機系統、編碼電路、數字通訊接口電路和裝載于單片機系統中的相關工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計算機(油田配置)和相關工作軟件組成。
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境壓力和溫度轉換為電信號輸出，該電信號經放大和模數轉換后由單片機系統進行數據實時采集和處理，然后按一定周期經數字通訊口輸出。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據，并經解碼后輸入計算機中進行實時分析和處理。
三、數據傳輸方案選擇
設備之間數據通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點是傳輸距離短，通訊信道所占點號多，而串行通訊與之相反。根據井下電子壓力計與井上解碼控制儀的數據傳輸特點，需選擇串行數據傳輸方式。
在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負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制方式在數據線上傳輸，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據傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠。
四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設計
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分別進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議進行。
a) 壓力與溫度均以字為單位進行傳送，先發送壓力字，后發送溫度字，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個數據位，第20位為奇偶校驗位；
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位均采用奇校驗；
d) 傳輸的波特率：5.7292 kbps（175μs/位），傳輸一個消息共耗時3.5ms。為保證數據傳輸可靠性，井下電子壓力計同一消息在一個采樣周期內重復發送兩次，地面解碼控制儀根據校驗位判斷每個字的正確性。
由單片機編程輸出兩路I/O控制信號，經過濾波電路、運放電路、整型電路后，產生曼徹斯特編碼雙相電平信號，并經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）若數據位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；
c）若數據位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；
d）校驗位的波形產生方式與數據位相同。
五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設計
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行解碼，并按通訊協議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數據轉換為井下電子壓力計測得的壓力和溫度數據，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，并辨別其為溫度數據還是壓力數據。
b) 對曼碼形式的數據進行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時鐘，并將時鐘和數據進行處理使曼碼數據轉化為非歸零二進制數據。
c) 將串行數據轉化為并行數據，并進行奇偶校驗，以檢驗數據傳輸的正確性。
經過幾千米鎧裝電纜傳輸上來的數據，幅度衰減到毫伏級，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數據傳輸無誤碼率。井下傳輸上來的數據經過濾波電路、精密運算放大器、雙D觸發器輸出曼碼波形給單片機，經過單片機的程序轉化為井下的壓力與溫度數字量。
六、試驗結果
直讀式電子壓力計首臺產品完成廠內試驗后，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150℃、壓力為30～60 MPa的油井中測試壓力和溫度。在三次連續5個小時的測試過程中，數據傳輸準確可靠，沒有出現丟點現象，誤碼率為零。
七、結束語
試驗數據統計分析結果表明，本文研究結果解決了直讀式電子壓力計通訊方案、通訊協議、單芯遠距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設計等關鍵技術，增強了電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力。
參考文獻
關鍵詞：RGB YCbCr FPGA 色彩空間轉換
中圖分類號：TN911 文獻標識碼：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。它可以實現不同平臺的映射而不嚴重損失顏色信息。任何一種顏色都可以由三基色紅、綠、藍混合疊加而成。RGB三個分量彼此相互獨立，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、藍度分量和紅度分量。YCbCr色彩空間有以下優勢。首先它的構成原理符合人類的視覺感知過程，再次它可以實現亮度和色度的分離，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 總體設計方案
系統的總體設計框圖如圖1所示。
基于FPGA的色彩空間的轉換過程可以描述為：首先通過CCD攝像頭進行視頻圖像采集，采集來的RGB圖像為NTSC或PAL制式的，接著我們會把視頻數據送到解碼芯片TVP5150，它會將信號變為ITU-R BT.656格式的數據流。我們選取的TVP5150芯片是和FPGA主控芯片集成在一個開發板上，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行配置。從解碼芯片出來的信號便進入FPGA芯片，進行串并轉換、解交織等操作最終實現色彩空間的轉換。最后信號送到ADV7123芯片進行編碼，并通過D/A轉換芯片在VGA顯示器上顯示出來。
3 仿真與硬件驗證
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，該芯片內部含有豐富的可編程邏輯資源，可以非常方便的完成相關乘法器的例化。在使用乘法器IPCore時，我們需要進行優化設置。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果。
硬件實物圖如圖2所示。
軟件部分采用Quartusii 9.1進行Verilog語言的編寫，并進行時序仿真。進行時序仿真的結果圖3所示。
4 結語
生活中存在多種色彩空間，它們各自具有不同的特點。但是在很多情況下我們又得在它們之間進行轉換，這無論對于科研研究還是消費市場都是很有必要的。本篇論文是通過硬件實現的RGB色彩空間到YCbCr色彩空間的轉換，采用的Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，利用其內部豐富的可編程邏輯資源實現空間的轉換，并采用Quartusii 9.1進行軟件編程與仿真，驗證了模塊的功能。
參考文獻
[1] 唐曉燕，賈鋒，韓磊.基于FPGA的視頻顏色空間轉換電路設計[J].電子與電腦，2006（8）：47-49.
[2] 吳康，劉耀元，胡民山.用FPGA實現色彩空間RGB到YCbCr的轉換[J].南昌高專學報，2007，22（6）：140-142.
【關鍵詞】MP3；SOPC；Nios II；硬件實現
1.引言
MP3(MPEG Audio Layer3)是高品質的音頻壓縮標準，因其在音質，復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，目前在便攜式設備領域深受人們喜愛。而隨著消費電子的快速發展，MP3在各種場合的需求越來越多，同時針對MP3解碼器的設計也越來越多。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實現；②DSP處理器加外部存儲器，數模轉換等器件實現；③以低速核心處理器（CPU/RISC）與其他硬件加速模塊的SOPC設計加上器件實現。而第三種實現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勢，本文是基于SOPC技術來實現MP3解碼器的設計，其中MP3文件數據用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數據。
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。在編譯后它們占據著相當多的硬件資源，功耗特高，所以在設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，來提高整個系統的性能。在IMDCT算法中有長塊和短塊，計算時長塊輸入是18點而短塊輸入是6點，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，此算法對輸入點數越大的運算，其速度提升就越明顯。傳統的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，程序的運算速度顯著提高了。在設計子帶綜合濾波時，直接計算則需要執行32*64次乘法和31*64次加法，兩聲道采樣率為44.1KHz，乘法運算量為（44100/32）*(64*32+512)*2=7056000次/秒，而系統時鐘一般都采用的是50MHz，單個周期內占著整個解碼時間的58.2%，嚴重影響了整個系統解碼的速率。所以可以根據余弦函數的對稱性，并結合Byeong Gi Lee快速DCT算法來進行改進，改進后子帶綜合濾波則只需要進行384次乘法和376次加法，大大提升了運算速度[2]。
3.系統的硬件設計
基于Nios II的嵌入式系統主要是由三部分組成：IP庫（NiosII軟核處理器，Avalon總線，設備接口等），GNUPro軟件編譯器，SOPC Builder開發工具。本文在硬件設計時使用Altera公司的Cyclone II FPGA芯片，型號為EP2C70F896C6，主要設備包括片外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據流的控制，片外存儲器存放程序數據和執行代碼，SD卡存放MP3文件，音頻芯片將PCM數據流轉換輸出，LCD顯示系統狀態，IP核的復用是SOPC設計的關鍵[3]。其硬件系統結構如圖2所示。
而FPGA內部邏輯設計是以Quartus II為開發環境，以Verilog語言編程實現音頻控制，SD卡的讀寫，液晶顯示驅動等功能模塊的設計。用SOPC Builder配置并產生NiosII軟核處理器以及必要的外設，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，最后驗證系統，從而實現MP3音頻文件的輸出。除了音頻模塊、SD卡控制模塊、LCD顯示驅動模塊外其他模塊都可以通過SOPC Builder來添加IP核構建。
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，可以采用軟硬件協同處理(軟件中耗時較多的部分進行硬件加速后，往往會比原先軟件處理時的速度快上好幾倍。)來提高整個系統運行的時間。通過這種設計方法，在綜合時可以確定系統軟件和硬件之間的相互制約關系，從而保證系統的確定性，高效性。
4.SOPC片上系統的實現
在FPGA中搭建SOPC系統時，需要用到如下圖3所示的軟核處理器和Avalon總線結構和外設接口等，其中，系統時鐘c0由外部晶振50MHz倍頻后得到的，c1為100MHz外設SDRAM時鐘，c2為音頻芯片提供的18.51MHz工作時鐘。timer用于系統內部時間的產生，time_stamp用于記錄指令的運行時間。片外SDRAM存儲芯片是作為程序存儲器及數據存儲器。本系統自定義了AUDIO模塊，該模塊主要用于與WM8731音頻芯片數字接口進行數據傳輸。
5.實現結果
本文是基于SOPC技術實現MP3解碼器的設計，其優勢在于系統功能改進的靈活性，即不改變硬件平臺的情況下，可以隨便的對系統進行增刪和優化，降低系統的成本，這是其他方案很難比擬的地方。而本設計是在在DE2-70開發板上實現的，硬件解碼系統采用Verilog HDL語言進行描述，經過RTL級仿真和驗證后，在Cyclone II EP2C70F896C6器件內資源占用率為8%，總的寄存器為3335個，系統頻率可達到72MHz，經過實際測試，本設計達到了預期的效果。但還存在著一些地方不夠完善和有待改進，這同時也是以后MP3播放器設計需要改進和研究的重點：
(1)本設計功能比較簡單，編譯后FPGA芯片資源占用的比較少，可進一步增加其它功能，如圖像顯示。
(2)如何改進更有效的算法，提高系統運行時間，降低功耗，以達到便攜式高性能、低功耗的要求，這是未來MP3設計研究的重點。
參考文獻
[1]毛麗萍.MP3音頻編解碼運算中IMDCT算法研究及其FPGA實現[D].[碩士學位論文].華東師范大學,2007.
論文關鍵詞：視頻編碼,壓縮技術
一、引言
所謂視頻編碼方式就是指通過特定的壓縮技術，將某個視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件的方式。視頻壓縮發展到現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制(PulseCodingModulation，簡稱PCM);同年，Shannon的經典論文“通信的數學原理”首次提出了信息率失真函數的概念;1959年，Shannon進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地論述和擴展;以上各項工作奠定了信息編碼的理論基礎。
二、AVS基本介紹
AVS是基于我國創新技術和部分公開技術的自主標準，技術方案簡潔，芯片實現復雜度低，達到了第二代標準的最高水平；而且，AVS通過簡潔的一站式許可政策，是開放式制訂的國家、國際標準，易于推廣；此外，AVS是一套包含系統、視頻、音頻、媒體版權管理在內的完整標準體系，為數字音視頻產業提供更全面的解決方案。綜上所述，AVS可稱第二代信源標準的上選。
圖1AVS視頻編碼器框圖
三、AVS主要技術
AVS采用的主要技術包括：8x8整數變換量化技術、幀內預測、半像素與1/4精度像素插值、特殊的幀間預測運動補償、二維熵編碼、去塊效應環內濾波等：
1.整數變換量化：AVS為了避開H.264的專利問題，選擇了以往標準廣泛采用的8×8變換，這樣可以在16位處理器上無失配地實現。AVS采用的64級量化，可以完全適應不同的應用和業務對碼率和質量的要求。目前AVS所采用的8x8變換與量化方案大大降低了芯片的實現難度。
2.幀內預測：AVS采用的幀內預測技術，是用相鄰塊的像素預測當前塊，同時采用代表空間域紋理方向的多種預測模式。AVS亮度和色度幀內預測都是以8x8塊為單位的。亮度塊采用5種預測模式，色度塊采用4種預測模式，而這4種模式中有3種和亮度塊的預測模式相同。在編碼質量相當的前提下，AVS采用較少的預測模式，使方案更加簡潔、實現的復雜度大為降低。
3.幀間預測運動補償：幀間運動補償編碼是混合編碼技術框架中最重要的部分之一。AVS標準采用了16×16，16×8，8×16和8×84種用于運動補償的宏塊模式，去除了MPEG-4AVC/H.264標準中的8×4，4×8，4×4的塊模式，這樣可以更好地刻畫物體運動，提高運動搜索的準確性。
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，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，在不降低性能的情況下減少插值所需要的參考像素點，減小了數據存取帶寬需求，這在高分辨率視頻壓縮應用中是非常有意義的。
5.預測模式：AVS的B幀雙向預測使用了直接模式、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動矢量，后向運動矢量可由前向運動矢量導出，從而節省后向運動矢量的編碼開銷；對于直接模式，前塊的前、后向運動矢量都是由后向參考圖像相應位置塊的運動矢量按比例分配導出，因此也可以節省運動矢量的編碼開銷；跳躍模式的運動矢量導出方法和直接模式的相同，跳躍模式編碼塊都不編碼運動補償的殘差，也不傳送運動矢量，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熵編碼采用自適應變長編碼技術。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，指數哥倫布碼用以編碼可變概率分布的語法元素。采用指數哥倫布碼的優勢在于：一方面，它的硬件復雜度比較低，可以根據閉合公式解析碼字，無需查表；另一方面，它可以根據編碼元素的概率分布靈活確定k階指數哥倫布碼編碼，如果k選得恰當，編碼效率可以逼近信息熵。預測殘差的塊變換系數后，經掃描形成（level、run）對串，level、run不是獨立事件，而存在很強的相關性，在AVS中level、run采用二維聯合編碼，并根據當前level、run的不同概率分布趨勢，自適應改變指數哥倫布碼的階數。
四、總結與展望
目前AVS技術可實現標準清晰度、相當清晰度、低清晰度等不同格式視頻的壓縮，但針對此類應用的壓縮效率還有待不斷提高，這應當是AVS視頻技術進一步發展的重點所在：著力AVS編解碼的實際應用研究，優化AVS運動搜索算法，提高AVS解碼速度，從而推動我國數字音視頻標準AVS的推廣和應用。
參考文獻
1 陳亮 AVS先進編碼技術研究 華中科技大學 2006
2 申青平 AVS-M關鍵技術及多平臺應用研究 湘潭大學 2007
統計機器翻譯在短時期能夠得以迅速發展，除了技術進步外，很大一方面要歸功于很多開放源碼的統計機器翻譯工具，有些時候，正是因為這些開放源碼的工具才使得某項技術被廣泛接受和使用。例如，20世紀90年代初IBM公司的Brown等人提出了5個模型來刻畫統計機器翻譯，取得了不錯的效果，但是在此之后很長一段時間內都沒有被大家認可和接受，原因是他們的模型非常復雜，難以理解和實現。直到1999年，開源軟件包Egypt的出現，才使得IBM的模型被廣泛研究和使用。可以說Brown等人的工作為現代統計機器翻譯奠定了深厚的基礎，但其影響卻是通過開源軟件才得以實現，由此可見開源軟件對于統計機器翻譯這樣一個復雜的研究課題的重要性。
1. 首個開源統計機器翻譯工具包Egypt
Egypt是在1999年約翰霍普金斯大學統計機器翻譯夏季討論班上，由一些研究人員共同合作開發的統計機器翻譯工具包。它包括4個模塊;
Whittle: 語料庫預處理模塊;
GIZA: 用于從句子對齊的雙語語料庫中訓練詞語對齊;
Cairo: 詞語對齊的可視化工具;
Decoder: 解碼器，用來執行具體的翻譯過程模塊，這一模塊沒有開放源碼。
其中，用于訓練詞語對齊的模塊GIZA現在仍然被廣泛使用，利用它能夠非常方便地從大規模的雙語文本中獲得統計知識。GIZA++是GIZA的改進版，GIZA++實現了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行迭代訓練，由句子對齊得到詞語對齊。GIZA是獨立于語言的，能夠對任何兩種語言進行訓練，這也是統計機器翻譯的優點之一。現在幾乎所有的統計機器翻譯系統都利用這一工具進行詞語對齊的訓練。
2.語言模型訓練工具SRILM
SRILM是一個建立和使用統計語言模型的開源工具包，從1995年開始由SRI 口語技術與研究實驗室（SRI Speech Technology and Research Laboratory）開發，現在仍然不斷推出新版本，被廣泛應用于語音識別、機器翻譯等領域。這個工具包包含一組C++類庫、一組進行語言模型訓練和應用的可執行程序等。利用它可以非常方便地訓練和應用語言模型。給定一組連續的詞，調用SRILM提供的接口，可以得到這組詞出現的概率。
3. 機器翻譯的自動評測工具Mteval
在一些著名的統計機器翻譯國際評測中普遍使用自動評測與人工評測相結合的方法，例如美國國家技術和標準研究所（NIST）舉行的評測。Mteval便是他們開發的自動評測工具，最新版本是mteval-11b.pl，是用Perl語言寫成的。
4. 首個基于短語的統計機器翻譯系統“法老”（Pharaoh）
“法老”是較早公開的統計機器翻譯系統，由美國南加州大學信息科學實驗室（Information Science Institute）的菲利普•科恩（Philipp Koehn）在2004年做博士論文期間編寫的。“法老”包括兩大部分: 訓練和解碼。訓練過程用來從語料庫中獲得統計知識。它利用了已有的開源軟件GIZA++和SRILM，GIZA++用來訓練詞語對齊，SRILM訓練語言模型，但解碼沒有公開源代碼。“法老”原理簡單，易于使用，它的出現對于推動機器翻譯研究起到了非常大的作用。
5. 中國首個開源的統計機器翻譯系統絲路（SilkRoad）
“法老”的出現揭開了統計機器翻譯的神秘面紗，然而其核心部分――解碼器的源碼仍然沒有公開。為此，中國的研究人員聯合開發了一個完全開放源代碼的統計機器翻譯系統――“絲路”。該系統由中國的五家研究機構和高校（中科院計算所、中科院自動化所、中科院軟件所、廈門大學、哈爾濱工業大學）聯合開發，并在2006年中國第二屆統計機器翻譯研討會上。“絲路”包括以下模塊: 語料預處理及后處理模塊“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計機器翻譯系統公開，極大地促進了國內統計機器翻譯的快速發展。
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、德國亞琛工業大學等八家單位聯合開發的一個基于短語的統計機器翻譯系統。來自這些單位的研究人員于2006年在約翰霍普金斯大學召開了一次研討會，利用6個星期的時間共同開發了這一系統。整個系統用C++語言寫成，從訓練到解碼完全開放源代碼，可以運行在Windows平臺和Linux平臺。
7. 基于句法的統計機器翻譯系統GenPar
GenPar工具包實現了一個基于句法的統計機器翻譯系統。基于句法的方法將句法結構信息引入到統計機器翻譯中來，目前已成為統計機器翻譯領域的研究熱點。但是構建基于句法的統計機器翻譯系統遠比構建基于短語的要困難得多，為了讓研究者們很快進入這一領域，在JHU2005夏季研討會上，由紐約大學艾•丹•米拉姆德（I. Dan Melamed）等人組成的統計機器翻譯組開發了GenPar。
GenPar的基本原理是利用多文本語法（Multi-Text Grammar）實現多語言的句法分析、結構對齊和翻譯。多文本語法是一種多種語言的同步語法，理論上比較完善，功能強大。GenPar有很多特點:首先，該系統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構信息; 其次，它具有很好的定制能力，可以實現各種不同類型的基于同步語法的統計機器翻譯，很適合于作為實驗各種理論的研究平臺。總的來看，該系統功能比較強大，但由于其比較復雜，掌握起來比較困難，性能比現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
統計機器翻譯第一人與Google
在統計機器翻譯中有一位頗具傳奇色彩的人物，就是畢業于德國亞琛工業大學的博士生弗朗茨•約瑟夫•歐赫（Franz Joseph Och）。在1999年他開發出了著名的IBM模型訓練工具Giza。在2002年NIST評測中，取得第一名的亞琛工業大學的機器翻譯系統也是由他開發的。2002年，歐赫從亞琛工業大學畢業后進入美國南加州大學信息科學研究所(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拿當年NIST機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的漢英機器翻譯系統取得了0.35的BLEU值，比第二名的南加州大學(即他原來所在的單位)系統的性能提高了近5個百分點。在2006年評測中，除了漢英機器翻譯的受限語料項目，其他所有項目的第一名都是谷歌公司。
關鍵詞：H.264，運動估計，整像素預測
1、引言
H.264是一種高性能的視頻編解碼技術, 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）的聯合視頻組（JVT：joint video team）開發的一個新的數字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。論文寫作，整像素預測。
作為新一代的視頻編碼標準，它具有很高的數據壓縮比率和優異的性能，廣泛應用于視頻會議、視頻點播、高清視頻、移動播放器等多個領域。
H.264最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，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，整像素預測。和MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術相比，H.264壓縮技術將大大節省用戶的下載時間和數據流量收費。論文寫作，整像素預測。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量流暢的圖像。
在H.264的編碼芯片結構中，相比幀內，幀間(Inter Prediction)編碼的效率高，但是運算復雜度也比較高。幀間編碼的核心運算部分是“ME”(motion estimation)即運動估計，占用最多的邏輯與時鐘資源。幀間預測的運動估計過程分為整像素運動估計（IME）和分像素運動估計（FME），首先找到整像素的最佳MV，然后再進行分像素的搜索。除了巨大的計算復雜度，編碼過程也很長，包括預測，重構和熵編碼。
2、運動估計運算
H.264幀間預測是利用已編碼視頻幀/場和基于塊的運動補償的預測模式。由于引入了1/4像素精度、多種分割預測等先進技術，在獲得更高壓縮率的同時，其算法復雜度也大大提高，使得幀間預測編碼耗時占到整個編碼計算時間的50%以上，若采用全軟件實現高清圖像的實時編解碼，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時編解碼任務，這也是本人研究的主要內容。
編碼宏塊(16x16象素)可以分割成不同大小的塊像數據，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行預測運算，然后由后續模塊統計和比較出最優的分割方式。
運動估計包括整像素預測（IME）和分像素預測（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，再進行FME。
在進行IME計算時，首先要計算MVP，對于一個塊象素，預測運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前塊的參考區域。如果在整個參考幀的范圍下進行全面的搜索，固然可以得到最為匹配的區域，但是復雜度太大。事實上，相鄰塊在參考幀中的匹配區域一般位置比較接近。綜合考慮算法復雜度，編碼效果，資源使用等方面，幀間預測做了如下處理：首先根據周邊塊的Mv值預測出當前塊的Mv值，即Mvp，然后在Mvp所指參考幀中象素點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預測，下面部分MVP由B預測；對于8x16分割，左面部分MVP由B預測，右面部分MVP由C預測。論文寫作，整像素預測。以MVP作為搜索的起點。
圖2 MVP 計算
IME在進行當前宏塊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，并把據此計算得到的MVP作為搜索的起點。
3、IME模塊及功能
IME模塊的架構如下圖所示
圖3 IME模塊架構圖
IME的主要功能是：
（1）數據：把原始和參考YUV從inter_config模塊中取出，為PS和FME模塊準備預測所需數據；
（2）控制：控制幀間預測的過程
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，用兩條水線來實現加速 Pipe0：進行P16x16，P8x16，P4x8 ；Pipe1：進行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模塊的數據存取
Reg_ctrl：為相連模塊準備數據
（1）為整像素準備數據，傳輸給PS模塊；
（2）為分像素搜索準備數據，傳輸給FME模塊；
（3）為重構準備數據，傳輸給FME模塊
4、與IME模塊相關的主要功能模塊
圖3中與IME工作相關的有兩個主要的部分，一個是Inter_config 模塊，還有一個是PS模塊，它們在系統中起著重要的作用。論文寫作，整像素預測。
1. Inter_config模塊及功能描述
Inter_config模塊，即幀間數據調度模塊，其數據傳送如圖4所示，Inter_config模塊有兩部分功能：一是為IME服務，把IME所需的數據從DDR取到Sram；二是為Loop Filter服務，把LoopFilter模塊的deblock運算所需要的一部分數據從DDR取到Sram以及將deblock運算后的宏塊數據存入DDR。
圖4 Inter_config模塊數據傳送
Inter_config模塊與IME有關的工作包括：
1）取原始YUV數據，Luma部分直接拉給IME_Reg_o，Chroma部分存入Sram0。
2）為IME準備計算所需的9個宏塊的Luma數據，并存入Sram0和Sram1。
3）將這9個宏塊的Chroma數據準備到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運算所需Chroma數據的相關準備工作。包括：①從Sram0中取Chroma的原始YUV送給IME；②從Sram0中取Chroma3x3Mb數據并進行拼接（將每個block對應的2x2像素，向右向下擴展，變成3x3像素）后送給IME。論文寫作，整像素預測。
5）把最后一行的5個mv（當前Mb最后一行的block的4個mv及右側相鄰的1個mv）存入Sram0，作為下一宏塊行進行Mvp預測所需數據。
2. PS模塊功能描述
PS模塊，即預測選擇模塊，本模塊主要用于選擇當前編碼宏塊的最佳預測方式，幀內預測還是幀間預測；若是幀間預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，比較得出最佳的預測方式，幀間還是幀內；
5）若選出的是幀內，則結束當前宏塊的幀間操作，準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，進行求殘差操作，送給DCT以備后面重建。
5、總結及展望
本文對幀間編碼中IME運算所需數據進行探討和分析，并提出一套架構設計方案，時序和資源使用都比較優化。設計方案在空間上具有較高的并行度，處理能力高，非常適合實現高清視頻編碼。目前市場上對于H.264的研究開發一般都是基于PC或者DSP解決，很少有基于硬件實現的開發，功能上還不足以實現高清實時信號的編碼和解碼。本設計能夠實現幀間預測的關鍵部分，在后續的研究中如果能使用H.264標準在幀間預測所帶來的高壓縮率，如果能將其帶來的復雜度的增加限制在可容忍的范圍內，支持幀間預測的高清實時視頻編解碼的芯片實現是非常有意義的，應用前景很廣闊。
參考文獻
[1]新一代視頻壓縮編碼標準——H.264/AVC 畢厚杰 人民郵電出版社
[2]Iain E.G.Richardson．H.264 and MPEG-4 Video Compression: VideoCoding for Next Generation Multimedia. U.S: Wiley Press, 2003.
[3]Tung-Chien Chen, Chung-JrLian, and Liang-Gee Chen. Hardware Architecture Design of an H.264/AVC VideoCodec. Asia and South Pacific Conference on. Design Automation, 2006.
[4]Renxiang Li, Bing Zeng, and Ming L． Liou． A new three－stepsearch algorithm for block motion estimation． IEEE Trans．Circuits Syst．Video Technol．, vol． 4, No． 4,Aug 1994
論文關鍵詞：RFID，醫藥品，物流，信息系統
引言
近些年來，頻頻出現的醫藥品安全事故使公眾對醫藥品生產工藝和用藥安全產生了不同程度的質疑。部分事故就是由于現在醫藥品物流系統的不完善所導致的。為此，商務部將出臺《醫藥物流企業分級評估指標》、《醫藥物流服務規范》、《藥品零售企業經營服務規范》和《藥品現代物流企業標準》等針對醫藥物流企業的一系列行業標準。可見，改善醫藥品物流信息系統，提高其服務水平，增強醫藥品監管、維護正常的藥品市場秩序，成為當務之急。
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、無線電波或者是微波等信號通過空間耦合進行非接觸式的雙向通信信息系統，通過這種形式的數據交換從而達到識別目標的一種技術，俗稱電子標簽。[1]
由于具有可非接觸式數據交換、有效讀寫距離遠、讀寫速度快、可識別高速運動的物品、數據記憶容量大、安全保密性高、讀寫穿透力強、可重復使用、耐惡劣環境能力強等一系列優點，因此RFID主要用于軍事、航空、交通、物流、制造、汽車、零售、醫療、動物、食品、票證、服裝、圖書、煤礦、防偽等廣泛領域中的自動識別和數據采集。
RFID的初次使用可追溯到上世紀六十年代電子商品防盜系統（Electronic Article Surveillance，EAS）中的比特電子標簽。從七十年代開始，RFID技術及產品進入到快速發展的時期，如RFID技術逐漸融入到動物追蹤識別系統以及電子車牌系統。RFID技術及產品進入到商業應用階段是從八十年代開始，此后各種規模的RFID系統開始出現，RFID技術及產品逐漸成為人們生活的一部分，RFID技術標準化問題也日趨得到重視論文服務。自本世紀初開始，RFID技術開始向物流與供應鏈領域滲透。[8]
一個完整的RFID系統應當由RFID數據采集器、中間件或接口、應用系統軟件以及信息管理平臺構成；其中數據采集器內包含標簽、芯片、閱讀器以及天線，這其中的芯片主要用于數據交換時的儲存。正是由于芯片的這一獨特之處，使得RFID與傳統的條形碼技術有所區別。[9]
整個RFID系統的工作原理如圖1所示：RFID系統工作時必須有個前提，就是要處于一定的有效磁場區域內。帶有信息的電子標簽進入到有效磁場區域內，當閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻查詢信號，這時電子標簽憑借感應電流獲得的能量而被激活，將存儲在芯片的信息經自身解碼后通過內置天線發送出去。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，閱讀器對接收到的信號進行解調解碼，解碼后的信息通過應用系統軟件最終輸送到信息管理平臺進行相應處理和控制。[2]
圖1 RFID系統工作原理圖
2 醫藥品物流系統分析
醫藥品物流是在依托一定的物流設備、技術和物流管理信息系統的基礎上，有效整合營銷渠道上下游資源，優化醫藥品供、銷、配、運等環節中的驗收、存儲、分揀、配送等作業過程，通過自動化、信息化和效益化等技術的應用，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，進一步降低
物流成本，提高物流服務水平和資金使用效益。典型的醫藥品物流過程如圖2所示：[3]
圖2 醫藥品物流過程
2009年，國務院出臺了《物流業調整和振興規劃》，醫藥品物流的發展是其中的主要任務之一。由于醫藥品自身的一些特性，醫藥品物流系統相比較于其他物流系統而言，對于逆向物流的管理更為重要。
2.1醫藥品物流復雜性高
醫藥品行業是一個集高投入、高技術、高風險與高回報等特點于一身的行業。醫藥品物流最大的特點就是分類復雜、品種繁多。醫藥品行業分類如表1所示：
表1 醫藥品行業分類
序號
標志值
類型
1.
按照自身性質分
化學原料藥、化學藥品、醫療器械、化學試劑以及保健品等
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。多媒體通信的一個顯著特點就是要傳輸的信息量非常大，尤其是視頻數據，其編解碼技術在較大程度上影響著業務的質量。IPTV采用了先進高效的視頻壓縮編碼技術，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是MPEG4、H.264與AVS三種。MPEG系列是重要的視頻編碼標準，所有的視頻編碼技術都參照了MPEG技術。H.264是新一代視頻編碼標準，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算量為代價的，但其解碼的運算量漲幅較小，比較容易實現用戶接收播放。AVS是中國擁有自主知識產權的第二代信源編碼標準音視頻編碼技術標準，是高清晰度數字電視、寬帶網絡流媒體、移動多媒體通信、激光視盤等數字音視頻產業群的基礎性標準。
流媒體傳送技術。對于傳送IPTV音視頻數據流而言，流媒體傳送技術極其重要，先進的技術可以節約系統帶寬、減輕系統負擔、優化系統。流媒體傳送系統主要設備是中心/邊緣流媒體服務器與存儲分發網絡。流媒體服務器具有較高的穩定性，支持多個并發流和直播流的需求，而存儲分發網絡由多個服務器組成，通過負載均衡（如CDN）來大規模組網。CDN網絡除了提高用戶響應速度之外，還有一個更為重要的作用，就是減輕巨大的數據流量對骨干網的壓力。
數字版權管理（Digital Rights Management，DRM）。它是保護多媒體內容免受未經授權的播放和復制的一種方法，為內容提供者提供視頻、音樂、彩鈴、論文、圖片等數字數據免受非法復制和使用保護的一種手段。數字多媒體內容是IPTV中最為關鍵的節目來源。有了DRM技術，可使各個平臺(無論是因特網、流媒體還是交互數字電視)的內容提供商們放心地提供更多的內容，采取更靈活的節目銷售方式，同時有效地保護知識產權。
IP機頂盒技術。IPTV系統的接收端包括計算機、電視機與手機。由于電視機本身并沒有存儲功能，不支持軟件安裝，也無法像手機那樣加裝流媒體支持功能，因而無法實現IP的支持功能，必須加裝一個IP數據流轉換成電視機可以接收的信號的機頂盒才能收看IPTV節目。機頂盒應具備數據轉換、接入支持、協議支持、業務支持、解碼支持等功能。
在廣電系統數字電視平移模式中，杭州模式對IPTV技術的應用最為成功。杭州數字電視模式實質上就是用以太網接入，只是最后一段線路即樓道交換機到戶內終端使用的是同軸電纜，它成功地將IPTV技術和廣電的數字電視進行了結合。現在，其他省市的廣電系統已經在以杭州模式為示范建設自己的廣電網絡。江西省的情況和杭州的實際情況有差別，不具有發展IPTV業務的優勢平臺，所以我們不能停留于模仿層面，而應該在總結先行者的經驗中，尋找更好的在廣電網絡中運用IPTV技術的方法。
一、數字電視平移是廣電網絡追求效益的增長點。IPTV能夠提供多種形式的內容服務，傳輸電視節目只是其功能應用的一部分，它還可以提供其他的電視類業務、通信類業務和各種增值業務，滿足我們的各種需求。
二、增加多種形式的內容服務要求更寬的帶寬來進行傳輸，IPTV采用的編碼和壓縮技術是最新的高效視頻壓縮技術，它壓縮了數據，節約了帶寬。同時IPTV可以在傳輸的過程中把視頻內容按IP協議封裝成數據包，能根據用戶不同的需要，靈活解決網絡傳輸的問題。如果用戶的頻帶寬，就可以壓縮率低一些，傳的包多一些，質量好一點；如果用戶對節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有SDH網絡帶寬不足、無法繼續添加業務的問題。
三、真正實現互動是IPTV最重要的一個優勢。IPTV不僅能滿足受眾觀看節目的個性化需求，而且能讓受眾參與到電視節目中來，與電視臺一起完成節目。
