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中南民族大学
硕士学位论文
高性能二维离散小波变换的VLSI结构设计研究
姓名:王承君
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:熊承义
20070520
中南民族大学硕士学位论文

摘要

小波变换良好的时频分析特性,使其在语音和图像处理等领域中得到了广泛
的应用。新一代的图像压缩标准JPEG2000采用了离散小波变换及其后续的嵌入式
块编码技术,具有许多优于传统JPEG的优异性能,因此在未来的图像压缩领域具
有更广泛的应用。由于小波变换算法的复杂性,为了满足系统实时性的要求,小
波变换的硬件实现是一种有效的解决方案。在JPEG2000的诸多应用中,如数码相
机、高清晰度电视等,考虑到速度、面积和功耗的需求,研究高性能的二维离散
小波变换硬件实现具有十分重要的意义。
本文围绕JPEG2000标准推荐使用的(5,3)小波变换的高性能硬件结构设计与
基于FPGA的实现进行了较深入的研究。提出了几种一维、二维(5,3)小波变换的
VLSI结构,完成了基于FPGA的几种二维(5,3)小波变换的设计与仿真,并对各种
设计的性能进行了分析和比较,为进一步的具体实现提供了有效的依据。论文首
先对(5,3)小波变换进行了详细的理论分析和讨论,在此基础上用MATLAB实现了
小波分解和重构的软件仿真,并讨论了硬件设计过程中的位宽问题。在详细介绍
了VLSI设计所需考虑的各种性能指标(速度,功耗,面积)的基础上,提出了几种
新型的一维、二维离散小波变换的硬件结构。在设计过程中采用了许多的优化技
术来提高系统性能,使用移位加法代替乘法运算,采用嵌入式对称延拓技术实现
边界数据处理,有效减少了片内缓存器的大小,节约了硬件资源和降低了系统功
耗。采用Verilog硬件描述语言对整个设计进行了完全可综合的RTL级描述,在
ALTERA公司的FPGA开发软件QUARTUSⅡ中实现了综合和功能仿真。功能仿真
的结果与MATLAB得到的结果完全一样,验证了所设计硬件的正确性和可实现
性。





关键词: 离散小波变换; 提升算法; VLSI; FPGA





I
高性能二维离散小波变换的 VLSI 结构设计研究

Abstract

Because of excellent Time-Frequency analysis characteristics, the wavelet
transform is widely used in many fields such as pression and speech
processing. The latest still pression standard JPEG2000 adopts Discrete
Wavelet Transform (DWT) and Embedded Block Coding with Optimized Truncation
(EBCOT), which achieves much better than the traditional JPEG standard. With its
excellent performance and prominent features, JPEG200 will have a bright future in the
pression field. Due to plexity of the algorithm, hardware
implementation of wavelet transform is a useful solution to satisfy the real-time
requirement. In consideration of speed, area, power, hardware implementation of a
high performance 2D discrete wavelet transform is needed and significant in many real
systems using JPEG2000, such as digital camera, high definition television and so on.
This thesis studied in detail on the high performance hardware architecture design
and the FPGA realization of (5,3) wav