一种低存储高速并行小波变换算法的FPGA实现
孙超;杨春玲
【摘 要】基于Ahera公司的低成本、高密度Cyclone Ⅱ系列FPGA实现了小波变换的VLSI架构设计,最大化减少了算法对片内存储器的需求,降低了功耗.由于设计能够对图像同时进行行列变换,系统处理速度快,为图像实时处理提供了基础. 【期刊名称】《电子技术应用》 【年(卷),期】2009(035)009 【总页数】4页(P20-22,27)
【关键词】小波变换;JPEG2000;VLSI;FPGA 【作 者】孙超;杨春玲
【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨,150001 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
么 娶 匹 豇 王 熬 。 中国 大 学 生 电子 设 计 文 章 竞 赛 2009一 种 低 存 储 高速 并行 小 波 变换算 法 的 FPGA 实现孙 超 ， 杨 春 玲 （哈 尔 滨 工 业 大 学 电 气 工 程 及 自动 化 学 院 ， 黑 龙 江 哈 尔 滨 150001 ）摘 要 ： 基 于 Altera 公 司 的 低 成 本 、 高 密 度 CycloneII系 列 FPGA 实现 了 小 波 变 换 的 VLSI 架 构 设计 ， 最 大 化 减 少 了 算 法 对 片 内存 储 器 的 需 求 ， 降低 了 功 耗 。 由 于 设 计 能 够 对 图 像 同 时 进 行 行 列 变 换 ，系 统 处 理 速 度 快 ， 为 图
像 实 时 处 理 提 供 了 基 础 。 关 键 词 ： 小 波 变 换 ； JPEG2000 ；VLSI ：FPGA 中 图 分 类 号 ： TN402文 献 标 识 码 ： A ImplementationofAlowmemory andhighspeed
parallelwavelettransformbasedonFPGA SUNChao,YANGChun Ling
(Schoolof Electrical EngineeringandAutomationof HIT,Harbin150001,China) Abstract:Inthis paper,anovelVLSIarchitectureis
implementedinalowcostandhighdensityCycloneII FPGAof Altera Company. The designreducestheon-chipmemorydemandtotheminimumandlowersthepowerconsumptionaswell.Because
thedesigncanprocessimagesintherowandcolumndirectionsimultaneously,thesystemhasahighspeed,providingfoundations for real-timeimageprocessing. Keywords:wavelettransform ; JPEG2000; VLSI; FPCA小 波 变 换 在 20 世 纪 80 年 代 中期 发 展 起 来 。 从 数 学 角度 看 ， 小 波 实 际 上 是 在 特 定 空 间 内按 照 称 之 为 小 波 的 基函 数 对 数 学 表 达 式 的 展 开 和 逼 近 ； 从 信 息 处 理 角 度看 ， 小 波 变 换 比 DCT 这 样 的 傅 立 叶 变 换 的 性 能 更 优 越 ，是 一 种 自适 应 的时 频 分 析 方 法 ， 具 有 多 分 辨分 析 功 能 ，因 此 被 誉 为 数 学 显 微 镜 。在 图像压缩方面 ，最新 的静态 图像压缩标准 JPEG2000 【 1] 采 用 离 散 小 波 变 换 ( DWT) 作 为 其 变 换 编 码 ， 支 持 图像 的 多 分 辨 率 表 示 。 正 是 小 波 变 换 编 码 的使 用 ， 使 JPEG2000 标准 具 有 超 低 比 特 率 性 能 及 分 辨 率 渐 进 传 输 等 众 多 优点 【 2 】 ， 受 到 数 码 厂 商 的 青 睐 。许多学 者[3-6]根 据 延 时 路 径 长 度 、 多级 变换 、 功 耗 、 面 积 等不 同 的 设 计 目标 ，提 出 了不 同的小 波 变换 VLSI 架 构 及其 优 化 方 案 。 本 文 采 用 最 新 的第 二 代小 波 变 换 （ 提 升
小 波） 和 JPEG2000 中针 对 无损 压 缩 的 LeGall5/3 小 波设 计了 图 像 的 二 维 小 波 变 换 IP 核 。 其 只 需 要 缓 存 3 行 图 像 数 据 便 可 同时 进 行行 列 变 换 ， 最 大 化 减 少 片 内存 储 器 使 用 的 同时 ， 降低 了 系 统 功 耗 ， 提 高 了 速 度 ， 通 过 显 示 验 证系 统 验 证 了 模 块 正 确 性 。 20欢 迎 网 上 投 稿 www ．chinaaet ．com 1小 波 变 换 算 法 原 理由 于 第 二 代 小 波 变 换 只 使 用 一 系 列 滤 波 操 作 就 能实 现 和 卷 积 法 相 同 的 计 算 结 果 ， 具 有 算 法 简 单 、 速 度 快 、 适 合 并 行 处 理 等优 点 ， 所 以 小 波 变 换 的 研 究 热 点 已 由传 统 卷 积 法 转 向最 新 的提 升格 式 。 下 面 给 出提 升 算 法 步骤 并 按 步 骤 得 到 LeGall5/3 小 波 表 达 式 。 1.1 提 升 算 法 提 升 算 法 主 要 分 为 分 裂 、 预 测 和 更 新 3 步【 7J。 离 散情 况 下 ， 给 定 数 据 集 （ SO} ， 经 过 完 整 提 升 步 骤 后 ， 分 解 成 数据 集 { 。_ 和 （ d ： }（ 上 标 表 示 小 波 的 分 解 级 数 ） ， 其 中{s il}表示 尺 度 系 数 ， {一 }表 示 小 波 系数 。分 裂(Split) ：将 给定 数 据 集 {SO}分 为 2 个 互 不 相 交 的子 集 。 通 常是 将 数 列 分 为偶 数 序列 s ： 和 奇 数 序列 。： + ， ，即 ：n n Split(sj)=(s21,s21+1) (1)预 测 ( Predict) ：利 用 偶 数 序 列 和 奇 数 序 列 之 间 的 相《电子 技 术应 用 》 2009 年 第 9 期么娶匹豇王熬 。 中国 大 学 生 电子 设 计 文 章 竞 赛 2009孙超，杨春 玲（摘要：基于Altera公司的低 成 本 、高 密 度 CycloneII系 列 FPGA 实现 了 小 波 变 换 的 VLSI 架 构 设计最大化减少了算法对片内存 储 器 的 需 求 ， 降低 了 功 耗 。 由 于 设 计 能 够 对 图 像 同 时 进 行 行 列 变 换 ，系 统 处 理 速 度 快 ， 为 图像 实 时 处 理 提 供 了 基 础 。关 键 词 ： 小 波 变 换 ； JPEG2000 ；VLSI ：FPGA中 图 分 类 号 ： TN402文献 标 识 码 ： A ImplementationofAlowmemory and high speed
parallelwavelettransformbasedonFPGA SUN Chao,YANG Chun (Schoolof Electrical EngineeringandAutomationof HIT,Harbin150001,China)
一种低存储高速并行小波变换算法的FPGA实现
