Fakultät 07 / Institut für Nachrichtentechnik
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Domänenspezifische Sprachen gewinnen seit einigen Jahren zunehmend an Bedeutung. Xtext ist eine sogenannte \textit{Language Workbench}, mit der solche Sprachen schnell entwickelt werden können. Neben der Sprachinfrastruktur wird eine inzwischen weit fortgeschrittene Integration in die IDE Eclipse erzeugt und es können optional ein Plug-in für IntelliJ und ein Webeditor erstellt werden. Der Ansatz ist dabei, dass der oder die Codegeneratoren direkt mit dem Abstract Syntax Tree arbeiten. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie ein Domänenmodell in eine Xtext-Sprache integriert werden kann und wie Test- und Wartbarkeit davon profitieren. Besondere Beachtung finden, gegeben durch das Projektumfeld, die Anforderungen durch Funktionale Sicherheit.
Untersuchung der Yosys Hardwaresynthese von der internen Datenstruktur RTLIL bis zur Netzliste
(2023)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Beantwortung der Frage "Wie funktioniert Synthese?". Yosys ist ein offenes Synthesewerkzeug, welches untersucht wurde, um diese Frage zu beantworten. Yosys implementiert eine Datenstruktur RTLIL, mit der ein Entwurf in allen Synthesephasen dargestellt wird. Yosys ist modular aufgebaut, was dem Nutzer ermöglicht, das Programm zu erweitern. Die Synthese in Yosys ist auf Pässe unterteilt, die jeweils eine bestimmte Aufgabe erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde die Datenstruktur und die Passes im einzelnen analysiert. Es wurde auch untersucht, wie in Yosys Erweiterungen zu implementieren sind. Die Analyse hat gezeigt, dass ein wichtiger Teil der Synthese die Umwandlung von Prozessen in eine RTL-Beschreibung darstellt. Im Rahmen der Synthese werden die, von einem Frontend vorläufig erzeugten RTL-Komponenten, umgewandelt. Der letzte Schritt der Synthese ist das Technologiemapping, welches die umgewandelten Komponente auf die verwendete Hardware anpasst.
In this paper we describe traffic sign recognition with neural networks in the frequency domain. Traffic signs exist in all countries to regulate the traffic of vehicles and pedestrians. Each country has its own set of traffic signs that are more or less similar. They consist of a set of abstract forms, symbols, numbers and letters, which are combined into different signs. Automatic traffic sign recognition is important for driver assistance systems and for autonomous driving. Traffic sign recognition is a subtype of image recognition. The traffic signs are usually recorded by a camera and must be recognized in real time, i.e. assigned to a class. We use neural networks for traffic sign recognition. The special feature of our method is that the traffic sign recognition does not take place in the spatial domain but in the frequency domain. This has advantages because it is possible to significantly reduce the number of neurons and thus the computing effort of the neural network compared to a conventional neural network.
Die Grundlage für diese Arbeit ist das opensource Roboterkettenfahrzeug SRV1 der Firma Surveyor [www-surveyor]. Im Auslieferungszustand ist es möglich, das Fahrzeug über ein Steuerungsprogramm fernzusteuern. Dies entspricht dem Funktionsumfang eines normalen ferngesteuerten Fahrzeugs, erweitert um eine Kamera, jedoch ohne jegliche Autonomie oder Intelligenz. Da das Fahrzeug auf einem embedded Board aufgebaut ist, welches über eine WLAN Verbindung verfügt, bietet es einen guten Ausgangspunkt für Erweiterungen. Ziel dieser Arbeit ist es eine Grundlage für autonome Fahrten zu schaffen. Als Betriebssystem wird uClinux, ein Linux für embedded Plattformen genutzt. Das Fahrzeug soll um einen zur Orientierung dienenden Kompass erweitert werden. Außerdem kommt ein RFID-Reader zum Einsatz, mit dessen Hilfe werden RFID-Transponder auf einer Teststrecke als künstliche Landmarken zur Positionsbestimmung genutzt. Es wird eine Software für autonome Fahrten entwickelt, die es ermöglicht, durch Verwendung der erweiterten Hardware, den Roboter eigenständig Punkte der Teststrecke anfahren zu lassen. Hierzu ist es erst notwendig alle Hardware im Betriebssystem, beispielsweise durch Treiber verfügbar zu machen.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Definition einer allgemeinen Aufgaben-beschreibungssprache, die nicht an einen einzelnen Roboter gebunden ist, sondern für alle möglichen Arten von Robotern einsetzbar ist. Dieses Ziel soll mit Hilfe der Robotic Task Definition Language erreicht werden. Die Robotic Task Definition Language (RTDL) ist eine Sprache, die an der Fachhochschule Köln im Rahmen des Instituts-übergreifenden Projektes Verteilte Mobile Applikationen (VMA)" entwickelt wird. Die Aufgabe der RTDL besteht darin, eine allgemein gültige Aufgabenbeschreibungssprache für unterschiedlichste Roboter zu definieren. Mit einer solchen Aufgabenbeschreibungssprache ist es möglich, die Steuerungssoftware verschiedener Roboter in einer einheitlichen Sprache zu beschreiben und in einem weiteren Schritt auch umzusetzen.
Ziel des Siemens-Fahrgastinformationssystems SiMAP®-FIS ist die Bereitstellung von Technologie zur Information der Fahrgäste von Verkehrsunternehmen über Zugläufe, Ankunftszeiten und besondere Betriebssituationen. Die Informationsdarstellung kann z.B. stationär über Anzeigen an den Bahnsteigen, im Internet oder mobil auf WAP-fähigen Endgeräten wie Mobile Phones oder PDA erfolgen. Die Anzeigen informieren über die in nächster Zeit einfahrenden Züge inkl. Zugziel, Ankunftszeit und ggf. Einfahr-Gleis. Zusätzlich sind aktuelle Sondermeldungen oder Werbetexte darstellbar. Der Praxissemesterbericht gibt einen Überblick über die Systemkomponenten, insbesondere Bereichsrechner, Bedienplätze und Stationsrechner. Schwerpunkt ist die Beschreibung der grundlegenden Software-Konzepte, darunter die plattformübergreifende Kommunikation mit Datentelegrammen auf XML-Basis via TCP/IP-Client/Server-Komponenten. Die namensgebende Siemens Modular Applikation Platform SiMAP® als gemeinsame modulare Software-Basis aller Microsoft-Windows-basierten Systemkomponenten wird mit ihrem objektorientierten Design vorgestellt. Programmiersprache ist C++.
For most classes of chains, it is known if these contain locks, but especially for fixed-angle equilateral equiangular obtuse open polygonal chains in 3D, which can be used to model protein backbones, this is unknown. Fixed-angle equilateral equiangular obtuse closed and open polygonal chains can be used to model polymers. For these, it is clear, that locks based on knots exist, but not which chains are generally locked. We therefore examine both open and closed fixed-angle equilateral equiangular obtuse chains. For this purpose, those chains are divided into various subgroups and, depending on the subgroup, other aspects are investigated to show locks. Techniques from knot theory, graph theory, and specifically robot arm reachability and motion planning are combined. Algorithms are developed to create chains in desired configurations and to study them. It is shown why all fixed-angle equilateral equiangular obtuse closed chains are expected to be locked or in rare cases rigid and non-locked, but never non-locked and non-rigid. For fixed-angle equilateral equiangular obtuse open chains it is shown why it is expected that there are open chains that are locked and that the smallest locked open chain has 𝑛=7.
A test tool for Langton's ant-based algorithms is created. Among other things, it can create test files for the NIST-Statistical-Test-Suite. The test tool is used to investigate the invertibility, ring formation and randomness of 7 created models which are extensions of Langton’s ant. The models are examined to possibly use them as pseudo-random generator (PRG) or block cipher. All models use memories which are based on tori. This property is central, because this is how rings are formed in the first place and in addition the behavior of all models at the physical boundaries of the memory is clearly defined in this way. The different models have special properties which are also investigated. These include variable color sets, discrete convolution, multidimensionality, and the use of multiple ants, which are arranged fractal hierarchically and influence each other. The extensions convolution, multidimensional scalable and multidimensional scalable fractal ant colony are presented here for the first time. It is shown that well-chosen color sets and high-dimensional tori are particularly well suited as a basis for Langton's ant based PRGs. In addition, it is shown that a block cipher can be generated on this basis.
The objective of this paper is to implement a baseband OFDM transceiver on FPGA hardware. The design uses 8-point SLT/ISLT (Slantlet/Inverse Slantlet) for the processing module with processing block of 8 inputs data wide. All modules are designed and implemented using VHDL programming language. Software tools used in this work includes Altera Quartus II 7.2 and ModelSim Altera 6.1g, to assist the design process and downloading process into FPGA board while Cyclone III board EP3C120F780C7 is used to realize the designed module.
Conventional individual head-related transfer function (HRTF) measurements are demanding in terms of measurement time and equipment. For more flexibility, free body movement (FBM) measurement systems provide an easy-to-use way to measure full-spherical HRTF datasets with less effort. However, having no fixed measurement installation implies that the HRTFs are not sampled on a predefined regular grid but rely on the individual movements of the subject. Furthermore, depending on the measurement effort, a rather small number of measurements can be expected, ranging, for example, from 50 to 150 sampling points. Spherical harmonics (SH) interpolation has been extensively studied recently as one method to obtain full-spherical datasets from such sparse measurements, but previous studies primarily focused on regular full-spherical sampling grids. For irregular grids, it remains unclear up to which spatial order meaningful SH coefficients can be calculated and how the resulting interpolation error compares to regular grids. This study investigates SH interpolation of selected irregular grids obtained from HRTF measurements with an FBM system. Intending to derive general constraints for SH interpolation of irregular grids, the study analyzes how the variation of the SH order affects the interpolation results. Moreover, the study demonstrates the importance of Tikhonov regularization for SH interpolation, which is popular for solving ill-posed numerical problems associated with such irregular grids. As a key result, the study shows that the optimal SH order that minimizes the interpolation error depends mainly on the grid and the regularization strength but is almost independent of the selected HRTF set. Based on these results, the study proposes to determine the optimal SH order by minimizing the interpolation error of a reference HRTF set sampled on the sparse and irregular FBM grid. Finally, the study verifies the proposed method for estimating the optimal SH order by comparing interpolation results of irregular and equivalent regular grids, showing that the differences are small when the SH interpolation is optimally parameterized.
Entwicklung eines Videoanalysesystems auf Basis von Java Mobile Edition für Symbian SmartPhones
(2009)
Der Markt für mobile Telefone wächst schon seit mehreren Jahren rasant. Das "Handy" wird schon lange nicht mehr nur zum Telefonieren benutzt. Es ist zu einem nicht mehr wegzudenkenden Assistenten geworden, der immer einsatzbereit und in Reichweite ist. Das Gerät kann außer den Grundfunktionen wie Telefonieren und SMS-Verschicken als persönlicher Terminplaner, Notizbuch oder auch als Foto- oder sogar Videokamera genutzt werden. In den letzten Jahren sind Mobiltelefone auch in der Internet- und Multimediawelt vertreten. Sie besitzen mittlerweile genug Leistung, Speicher und Bildschirmfläche, um Webseiten darzustellen oder komplette Spielfilme wiederzugeben. Die sinkenden Preise für mobile Breitband-Internetzugänge (Flatrate mit 7,2 Mbit/s schon ab 35 Euro), die wachsende Anzahl der mobilen Internet-Zugänge, die sinkenden Nutzungspreise der so genannten „HotSpots“ (in Hotels, Restaurants, etc. oft kostenfrei) und die Leistungsfähigkeit der aktuellen mobilen Endgeräte, ermöglichen die Nutzung der Videostreaming-Dienste. Diese Dienste können zum Beispiel IPTV, Video on Demand oder Videotelefonie sein. Um die Qualität des über ein IP-Netzwerk gelieferten Videodatenstrom zu gewährleisten, ist es notwendig die Qualität dieses Datenstroms im realen Umfeld und unter realen Bedingungen messen zu können. Das erfordert die Entwicklung eines Messsystems, welches direkt auf einem Endgerät installierbar und vom Gerätetyp möglichst unabhängig ist. Das zu entwickelnde Programm soll den Videodatenstrom mitschneiden und auswerten können ohne die Übertragung zum Wiedergabeprogramm zu stören. Es soll der Paketverlust, der Wert des Interarrival Jitters sowie die für das jeweilige Videoformat spezifischen Informationen erfasst werden. Die Auswertung soll in vom Benutzer bestimmbaren Intervallen durchgeführt werden können. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird eine Anwendung in der Programmiersprache Java Mobile Edition implementiert, die wie eine Netzwerkbrücke funktionieren wird. Sie wird Java-Threads für das parallele Empfangen und Weiterleiten der Datenpakete zwischen dem Server und dem Wiedergabeprogramm sowie für das Extrahieren und Auswerten der Daten verwenden. In Kapitel 2 werden die meisten Begriffe, die in der Diplomarbeit vorkommen erläutert. Einen wichtigen Punkt stellen in diesem Kapitel die Protokolle für den Transport der multimedialen Daten. Für die Darstellung von Videodaten auf mobilen Endgeräten hat sich der MPEG-4-Standard durchgesetzt. Dessen Entwicklung hat als Ziel, Systeme mit geringen Ressourcen oder schmalen Bandbreiten bei relativ geringen Qualitätseinbußen zu unterstützen. Auch dieser Standard wird hier dargestellt. Die Wahl der Programmiersprache, deren Hauptaspekte und die zur Fertigstellung des Messsystems nötigen Komponenten werden zum Schluss dieses vorgestellt. In Kapitel 3 wird die Umsetzung des Systems beschrieben: Zuerst die Darstellung des Entwicklungssystems und der Entwicklungsumgebung (3.1), danach werden zwei Alternativen genannt, nach denen die Entwicklung des Grundgerüsts der Software möglich ist (3.2). In Abschnitt 3.3 werden die Methoden präsentiert, die den Kern des Messsystems bilden und die so genannte „Deep Inspection“ des Videodatenstroms durchführen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Realisierung eines Parsers, der mathematische Beweise aus „TeXmacs“ in eine zu erstellende XML-Struktur umwandelt. Die Struktur der XML-Datei wird durch eine ebenfalls zu entwickelnde DTD-Datei vorgegeben. TeXmacs ist ein WYSIWYG-Editor zum Beschreiben von mathematischen Texten. Die Arbeit findet im Rahmen der Forschungsgruppe Naproche statt. Langfristig soll das Ergebnis der Arbeit in Naproche eingesetzt werden, um mathematische Beweise besser auf ihre logischen Aussagen zu überprüfen. Zu klären ist also, ob die logische Abfolge des erfassten TeXmacs-Beweises richtig in eine XMLStruktur umgesetzt wurde und alle dokumentierten Voraussetzungen und Beweisschritte im XML-Dokument syntaktisch richtig sind. Die Anwender, die direkt in TeXmacs mit Beweisen arbeiten, sollen eine Rückmeldung erhalten. Bei einer fehlerhaften Rückmeldung soll auch die Stelle im Beweis gekennzeichnet werden, an der der Fehler aufgetreten ist. Dieser kann so schnellstmöglich korrigiert werden. Tritt keine Fehlermeldung auf, wird auch das als Information ausgegeben. Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Realisierung des ersten Teils: Aus einer von TeXmacs erzeugten SCM-Datei soll mit einem Java-Programm die Struktur des mathematischen Textes ermittelt werden; es soll also eine Trennung von mathematischen Formelanteilen (Formeln, Gleichungen/Ungleichungen, mathematische Symbole, usw.) und beschreibenden Texten durchgeführt werden. Diese Struktur wird mit den Regeln einer DTD in ein XML-Format so umgewandelt, dass das resultierende XML-Dokument von den nachfolgenden Modulen des Naproche-Projekts bearbeitet werden kann.
Moderne Mobiltelefone bieten heutzutage eine Vielzahl von Funktionen, die weit über die grundlegenden Sprachdienste hinausgehen. Sie können als Terminplaner oder auch als Foto- und Videokamera genutzt werden. Die Nutzung dieser Funktionen wurde durch die steigende Leistungsfähigkeit der Geräte möglich. Mit der Entwicklung von UMTS und insbesondere den Übertragungstechniken HSDPA und HSUPA erhält das „mobile Internet" mehr und mehr Einzug auf mobilen Endgeräten. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit und des Vorhandenseins der nötigen Infrastruktur können auch Videostreaming-Dienste genutzt werden. Um die Qualität einer Videoübertragung sicherzustellen, ist es notwendig, eine Software zu haben, die die Rahmenbedingung der Übertragung bestimmt und so Rückschlüsse auf die entscheidenden Parameter ermöglicht. In dieser Arbeit soll eine Software entwickelt werden, mit der es möglich ist, die Qualität einer Videoübertragung zu bewerten. Um eine möglichst hohe Qualität der Videos zu ermöglichen, müssen sie zur Übertragung effizient komprimiert werden. Einer der neuesten Standards zur Komprimierung ist H.264. Dieser Standard bietet eine durchschnittlich dreimal höhere Kompressionsrate als MPEG-2, welches beispielsweise bei der Übertragung von digitalem Fernsehen (DVB) und der Speicherung von Videodaten auf einer DVD zum Einsatz kommt. H.264 ist Teil des MPEG-4 Standards, der sich im Bereich der mobilen Endgeräte schon jetzt durchgesetzt hat. Die Struktur von H.264 wird im zweiten Kapitel dargestellt, der Transport von H.264 über verschiedene Streaming-Protokolle im dritten Kapitel dieser Arbeit. Die zur Bewertung der Qualität verwendeten Parameter werden im vierten Kapitel zusammengefasst. Die zu erstellende Software soll primär für die Android Plattform entwickelt werden. Jedoch soll bei der Entwicklung auch darauf geachtet werden, dass die Software leicht in eine andere Umgebung portierbar ist. Die Android Plattform ist ein komplettes Softwarepaket für mobile Endgeräte wie Smartphones und Netbooks. Neben einem auf Linux basierenden Betriebssystem liefert Android eine Middleware für die Entwicklung und den Betrieb der Anwendungen. Im fünften Kapitel wird der grundlegende Aufbau und die Entwicklung einer Android Anwendung beschrieben. Nach der Betrachtung der Grundlagen zur H.264-Videokompression, der verwendeten Streaming-Protokolle und der Entwicklung einer Android Anwendung folgt das sechste Kapitel, welches sich mit dem Softwareentwurf und der Implementierung beschäftigt. Der plattformunabhängige Teil der Software steht hier im Fokus, während dem plattformabhängigen Teil lediglich ein kleiner Teil des Kapitels gewidmet ist. Die Qualitätssicherung der Software wird im siebten Kapitel beschrieben. Hier erfolgt eine Betrachtung des Einflusses der Software auf die Übertragung. Ebenso werden Methoden zur Überprüfung der Korrektheit erläutert. Das achte Kapitel zeigt die Auswertung der Messerergebnisse. Im neunten Kapitel wird die entworfene Software dargestellt. Es wird die Bedienung der Software erläutert, sowie die Darstellung der Messergebnisse präsentiert.
Thema der Masterarbeit ist die Ablösung eines bestehenden kundenspezifischen IT-Systems durch moderne PC-Technologie mit dem Betriebssystem Linux. Die Software des neuen Systems sollte sich nach außen identisch mit der des abgelösten Systems verhalten. Dazu mussten die bestehenden Prozesse von der Programmiersprache PEARL für die neue Linux-Umgebung nach C++ portiert werden. Für diese und für neu geschaffene Prozesse wurde ein Applikationsframework als gemeinsame Software-Basis geschaffen. Zur Ankopplung externer, beibehaltener Systeme war ferner die Implementierung eines ISO/OSI 8073/TP4-Netzwerkprotokoll-Stacks erforderlich. Die Masterarbeit beschreibt zunächst das neu geschaffene, objektorientierte Applikationsframework. Dessen Komponenten, insbesondere die verschiedenen Klassen zur Kapselung des Linux Message Queue-Mechanismus zur Interprozesskommunikation, werden vorgestellt. Im Anschluss erfolgt die Beschreibung des ISO/OSI 8073/TP4-Protokolls, kombiniert mit allgemeinen Grundlagen für die Realisierung von gesicherten Transportprotokollen der OSI-Schicht 4. Angesprochen werden ferner die Protokolle IEEE802.2 und IEEE 802.3 der OSI-Schicht 2 für Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC). Zur Implementierung dieser Protokolle kommen die Linux RAW Sockets als Programmierschnittstelle zum Netzwerkkarten-Zugriff zum Einsatz. Schwerpunkt der Arbeit ist die Software-Architektur zur Umsetzung des TP4-Transportprotokolls. Die nötigen Mechanismen für eine gesicherte Datenübertragung mit Sequenznummern, Acknowledges und Timern werden objektorientiert in C++ realisiert. Die Modellierung der beteiligten Klassen erfolgt mit Hilfe der Unified Modeling Language (UML).
High-quality rendering of spatial sound fields in real-time is becoming increasingly important with the steadily growing interest in virtual and augmented reality technologies. Typically, a spherical microphone array (SMA) is used to capture a spatial sound field. The captured sound field can be reproduced over headphones in real-time using binaural rendering, virtually placing a single listener in the sound field. Common methods for binaural rendering first spatially encode the sound field by transforming it to the spherical harmonics domain and then decode the sound field binaurally by combining it with head-related transfer functions (HRTFs). However, these rendering methods are computationally demanding, especially for high-order SMAs, and require implementing quite sophisticated real-time signal processing. This paper presents a computationally more efficient method for real-time binaural rendering of SMA signals by linear filtering. The proposed method allows representing any common rendering chain as a set of precomputed finite impulse response filters, which are then applied to the SMA signals in real-time using fast convolution to produce the binaural signals. Results of the technical evaluation show that the presented approach is equivalent to conventional rendering methods while being computationally less demanding and easier to implement using any real-time convolution system. However, the lower computational complexity goes along with lower flexibility. On the one hand, encoding and decoding are no longer decoupled, and on the other hand, sound field transformations in the SH domain can no longer be performed. Consequently, in the proposed method, a filter set must be precomputed and stored for each possible head orientation of the listener, leading to higher memory requirements than the conventional methods. As such, the approach is particularly well suited for efficient real-time binaural rendering of SMA signals in a fixed setup where usually a limited range of head orientations is sufficient, such as live concert streaming or VR teleconferencing.
We study p-adic L-functions Lp(s, 휒) for Dirichlet characters 휒. We show that Lp(s, 휒) has a Dirichlet series expansion for each regularization parameter c that is prime to p and the conductor of 휒. The expansion is proved by transforming a known formula for p-adic L-functions and by controlling the limiting behavior. A fnite number of Euler factors can be factored of in a natural manner from the p-adic Dirichlet series. We also provide an alternative proof of the expansion using p-adic measures and give an explicit formula for the values of the regularized Bernoulli distribution. The result is particularly simple for c = 2, where we obtain a Dirichlet series expansion that is similar to the complex case.
This project was done in collaboration with CERN and is part of the detector control system of the ATLAS experiment. The primary goal foresaw the development and testing of the FPGA card for the MOPS-HUB crate with the focus on radiation tolerance. This was accomplished with the approach of designing two different PCBs. The first PCB was created as a fast prototype with the use of a commercial SOM-board. This was also beneficial for confirming that the chosen FPGA is suitable for the MOPS-HUB application. After the successful assembly and test, a second, more complex and foremost radiation tolerant PCB was designed. This was achieved by solely using components of the CERN radiation database.
The second part of this thesis focuses on increasing the distance of TMR registers with a Python script. A method was created for extracting and later parsing a design’s placement
information from Vivado. Furthermore, were system designed and implemented to recognize TMR cells, to find and validate free cells and to finally create a new placement for import into Vivado. These algorithms were tested with a multitude of configurations and the quality, based on the maximum possible frequency of a design, determined.
This paper presents the design procedure and implementation results of a proposed software defined radio (SDR) using Altera Cyclone II family board. The implementation uses Matlab/SimulinkTM, Embedded MatlabTM blocks, and Cyclone II development and educational board. The design has first implemented in Matlab/SimulinkTM environment. It is then converted to VHDL level using Simulink HDL coder. The design is synthesized and fitted with Quartus II 9.0 Web Edition® software, and downloaded to Altera Cyclone II board. The results show that it is easy to develop and understand the implementation of SDR using programmable logic tools. The paper also presents an efficient design flow of the procedure followed to obtain VHDL netlists that can be downloaded to FPGA boards.