基于提升的离散小波变换VLSI结构设计与实现.pdf

西安电子科技大学
硕士学位论文
基于提升的离散小波变换VLSI结构设计与实现
姓名:刘伟峰
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:石光明
20090101
摘要小波变换由于其具有良好的时域和频域局部特性,已经广泛应用于信号处理法。同时,由于离散小波变换的提升算法具有众多易于硬件实现的特性,因此设本文首先比较详细的介绍了小波变换的基本理论,然后结合硬件设计与实现的具体要求,本文对小波变换的提升算法进行了改进,改进的提升算法可以使传统提升算法中分布在一条路径上串行运算的中间值,分别处于不同的路径,从而为实现并行运算创造了条件。通过在改进的算法所对应的直接结构中添加延时寄存器和流水线寄存器便可以使整个系统实现并行运算。对于具有多级提升的小波变换,它所对应的直接结构具有重复性,因此可以利用分时复用技术,复用重复的结构,以达到降低系统硬件资源消耗,提高硬件利用率的目的。此外,本文还对二维小波变换的尺度归一化运算进行了优化,通过将一维行变换和一维列变换的尺度归一化运算合并,进一步降低了运算量,减少了硬件消耗。在此基础上,在完成提升小波结构设计的基础上,本文使用层次式设计方法,对提升小波的硬件结构在平台上进行了仿真和实现,并将仿真结果与关键词:离散小波变换提升算法结构等领域,其中离散小波变换已经被采纳为图像压缩标准的核心变换算计基于提升算法的离散小波变换结构具有十分重要的意义。本文分别提出了/嵘〔ǖ母咝峁埂用软件进行的仿真结果进行了比较。结果表明,本文设计的结构能够高效的实现小波变换,满足实际应用的需求。
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导师签名:;猛址西安电子科技大学学位论文独创性虼葱滦声明关于论文使用授权的说明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果:也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我~同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人签名:本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑本学位论文属于保密,在一年解密后适用本授权书。日期
第一章绪论于信号处理、图像处理、视频处理、模式识别等领圳浚渲欣肷⑿〔ū浠论文的选题背景小波变换是最近几十年应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域,它在时域和频域都具有良好的表征信号局部特征的能力,在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,而在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率,所以非常适合探测正常信号中的部分反常信息并且展示其成分。小波变换也因此被人们形象的称为分析信号的“数学显微镜”】’【俊近年来小波变换已经逐步从理论分析走向实际应用。目前小波变换广泛应用珼丫晌狫等新一代图像、视频压缩标准推荐的核心变换算法】,【。然而,由于离散小波变换是一种数据密集型运算,整个运算过程需要消耗大量的时间和存储空间,软件实现很难满足系统实时处理的要求。而实际上,离散小波变换硬件实现是解决上述问题的有效途径。与此同时,随着半导体技术的迅速发展,可以使成百上千万晶体管集成到一个芯片上。超大规模集成电路为将小波变换算法研发为满足实时性要求的专用集成电路,峁┝酥匾5奶跫R虼耍U垢咝Ю肷小波变换结构设计与实现的研究具有非常重要的意义。经过大量调研可以发现,目前实现离散小波变换结构的方法可以归纳为两类:一种是基于卷积算法的结构【【】;另一种是基于提升算法的结构【】.【由于提升算法相对于卷积算法具有运算复杂度低、原位运算以及可以实现整数到整数变换等易于硬件实现的特性,因此成为研究的热点。在标准中,由于小波变换的系数简单,被应用于中的图像无损压缩,而小波变换在图像压缩方面具有良好的性能,被应用于中的图像有损压缩,所以目前许多学者对这两种小波变换进行了大量的研究,设计了许多硬件实现的结构【】’【】。但是这些结构在系统硬件资源消耗、关键路径延时以及实现复杂度等方面没有很好的平衡,使得所设计的结构只能针对某一特定情况,很难满足其他应用的需求。因此,本文将主要针对中推荐的和提升小波进行研究,目的在于设计和实现一种硬件资源消耗低、关键路径延时短并且实现复杂