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漏磁数据无损压缩系统的设计及实现

作　者: 成伟
导　师: 陈亮
学　校: 电子科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 漏磁检测 FPGA LZW算法数据压缩
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
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内容摘要

管道漏磁检测是一种非常重要的无损检测手段。而由于现实中的输油管道通常很长，所以通过漏磁检测方法一次所检测的数据量非常庞大。而对于管道内狭小的空间和有限的存储设备，必须要对采集来的数据进行压缩。通常采用无损压缩模式以便后期能够对检测的数据进行分析和处理。本课题采用LZW算法对采集得来的漏磁数据进行压缩。本文首先介绍了管道漏磁检测的一些基本知识以及数据压缩技术的基本原理。然后设计了一个基于FPGA的漏磁数据无损压缩系统，该系统包含漏磁数据采集模块、输入数据缓存模块、字典存储、维护与更新模块、LZW压缩模块、输出存储模块以及时钟发生模块等多个模块。并对这些模块采用分别设计的办法，其中数据的采集是由一个漏磁检测试验平台得来。输入数据的缓存采用异步FIFO的设计，并且调用Xilinx公司的IP核设计，这样节约了时间，简化了设计，最为重要的是解决了跨时域的问题。字典模块的设计是整个系统设计的核心，在这里采用双口RAM设计。最后就是实现对LZW算法的功能仿真，分为三个部分，第一是对输入数据为短字符串的仿真，其目的在于验证本设计中LZW算法的逻辑功能是否正确，另一方面也间接证明了数据压缩主要是压缩数据的相关性和冗余度的理论。而后分别对摘抄的英文文摘和实验室获取的漏磁数据进行压缩仿真，对文摘的仿真可以说明LZW算法对一般的文本压缩的压缩效果，具有普遍性。而对漏磁数据的压缩，获得了非常可观的压缩效果。如果应用到管道漏磁检测领域，那么将极大地节省存储空间，节约经济成本。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题研究的背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 油气管道运输国内外现状  10-11
    1.2.2 漏磁检测国内外现状  11
    1.2.3 漏磁数据压缩技术国内外现状  11-12
  1.3 论文的主要工作及安排  12-14
第二章漏磁检测系统及原理  14-19
  2.1 漏磁检测理论  14-15
  2.2 电磁学理论  15-17
  2.3 漏磁检测信号预处理  17-18
  2.4 小结  18-19
第三章数据压缩原理及常用算法  19-26
  3.1 数据压缩介绍  19-20
    3.1.1 数据压缩概念  19
    3.1.2 数据压缩的必要性  19
    3.1.3 数据压缩技术的发展  19-20
  3.2 数据压缩的原理  20-24
    3.2.1 离散无记忆信源的熵  21-22
    3.2.2 熵的肯定性  22
    3.2.3 熵的渐进性  22
    3.2.4 熵的最大性  22-23
    3.2.5 熵的强加法性  23-24
  3.3 数据压缩技术的分类  24-25
  3.4 小结  25-26
第四章基于 FPGA 的漏磁数据无损压缩系统的设计  26-50
  4.1 FPGA 介绍  26-27
  4.2 VERILOG HDL 简介  27-29
  4.3 FPGA 开发流程  29
  4.4 漏磁数据无损压缩系统的设计  29-49
    4.4.1 LZW 算法的介绍  29-32
    4.4.2 漏磁数据采集模块  32-34
    4.4.3 输入数据缓存模块  34-38
    4.4.4 LZW 字典存储、维护与更新模块  38-41
    4.4.5 LZW 压缩模块  41-43
    4.4.6 时钟发生模块  43-45
    4.4.7 输出数据存储模块  45-47
    4.4.8 解压缩模块  47-49
  4.5 小结  49-50
第五章基于 FPGA 的 LZW 算法仿真  50-65
  5.1 仿真软件 MODELSIM 介绍  50-51
  5.2 基于 FPGA 的 LZW 算法的仿真  51-64
    5.2.1 有限状态机的设计  51-54
    5.2.2 输入数据为短字符串的仿真  54-58
    5.2.3 输入数据为一篇英文文摘的仿真  58-62
    5.2.4 输入数据为漏磁数据的仿真  62-64
  5.3 小结  64-65
第六章工作总结与展望  65-68
  6.1 论文工作总结  65-67
  6.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录  73-85
攻硕期间取得的研究成果  85-86

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