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离散小波变换的硬件实现

小波变换,作为信号处理的一种方法,是过去15年发展最快的学科之一。回顾小波发展历史,我们可以得知,小波变换是应用数学、物理、计算机科学和工程学等众多学科综合性研究成果,也是现实需要的产物,因此,小波变换必将在现实生产实践中有着广阔的发展前景。小波变换数据依赖关系复杂,运算量大,计算复杂度高,用软件进行处理不能达到系统的实时性要求,所以必须使用硬件来实现小波变换,以便用于各种处理系统中。当前,随着小波变换研究与应用的日益普及,其硬件实现的需求日益迫切,因而对小波变换硬件实现的研究越来越受到重视。目前小波变换的硬件实现研究仍然处于起步阶段,多种方案都有很强的针对性,其具体结构受到所用小波函数的限制,研究通用和高效的小波变换芯片,具有很好的社会价值。在本文中,首先回顾了小波发展的历史,然后讨论了滤波算法,较详细了分析了快速傅立叶算法、快行滤波算法和分布式算法,在此基础上,简要的讨论了小波变换的单层分解。本文的重点放在小波变换的多层分解  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

东华大学
东华大学

用硬件实现小波变换及其重构的研究

小波变换是数学发展史上的重要成果。它对数学及工程应用都有深远影响。最新的静态图像压缩标准JPEG2000就是以离散小波变换(DWT)为核心变换算法的。本文开始先详细分析了小波变换的理论基础,介绍了多分辨分析(MRA)、Mallat算法和提升算法(Lifting Scheme)。Mallat算法的计算量大,功耗与所占用的硬件面积也大。而提升小波变换算法克服了Mallat算法的缺点。按照提升算法得到的小波系数与传统滤波器处理得到的结果是完全相同的,但是它所使用的硬件资源远远小于传统滤波器架构,并且具有较高的硬件使用率、较少的存储单元和更规则的架构。因此,在分析了超大规模集成电路(VLSI)设计要考虑的性能指标之后,本文提出了一种提升算法的并行二维离散小波变换硬件结构的设计思路和方法,并用了"移位加"、"流水线"、"双口RAM"等技术对小波变换模块进行了优化设计。利用此方案设计的硬件结构具有输入/输出数据流规则;独立性、灵活性强;硬件...  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

合肥工业大学
合肥工业大学

基于提升算法离散小波变换的硬件设计与实现

近年来,离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,简称DWT)开始受到了越来越多的重视,目前已成功地应用在各种领域,包括数值分析、信号分析、影像编码、统计学和生物医学等等。由于离散小波变换具有极佳的能量集中的特性和与生俱来的多分辨率的特性,非常适合应用于影像和视频压缩编码。为了将离散小波变换应用于实时信号(如影像、声音等)的处理,有必要对其进行硬件实现。近年来,人们也提出了一些一维及二维离散小波变换的硬件架构,但是由于这些架构大多数是基于传统离散小波理论,仍然需要耗费非常大的计算量。1996年,I.Daubechies和W.Sweldens提出了一种新的离散小波变换的架构——基于提升算法的离散小波变换。这种类似于预测编码的小波变换架构所变换出来的小波系数与传统滤波器处理得到的结果是完全相同的,但是其所使用的硬件资源仅是传统滤波器架构的一半,并且具有较高的硬件使用率、较少的存储单元和更规则的硬件架构。基于...  (本文共88页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

高性能离散小波变换的VLSI设计

随着科学技术日新月异的发展,我们已经身处信息化数字化的全新时代。在数字化的信息时代,信号处理技术已经成为了越来越热门的研究方向,其中广泛应用于信号分析、图像压缩、视频编码等领域的离散小波变换便是其中重要的研究课题。由于离散小波变换具有计算复杂度高、存储需求大等特性,通过硬件实现更加有利于系统性能提升,因此进行离散小波变换的VLSI结构设计具有重要意义。本文将结合整体应用环境,基于离散小波变换的提升算法进行VLSI的硬件优化设计。本文首先比较详细的介绍了小波变换的基本理论和发展研究现状,分析已有结构的优劣与当前研究的瓶颈。之后分别提出优化设计的单级架构和多级二维离散小波变换架构,单级架构引入了CSD结构以降低系统的关键路径延时,同时降低了资源消耗。多级结构通过数据错位扫描和内部运算折叠结构,改善了展开结构下时钟信号不匹配的问题,降低了系统的资源消耗和系统复杂度。在完成离散小波变换的VLSI设计后,本文基于JPEG2000图像压缩系...  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

基于FPGA的9/7小波在图像压缩中的研究

星载图像是深空探测和近地观测所得数据的重要载体,在航天和社会经济生活领域发挥着重要作用。由于星载图像的数据量巨大,而传输信道的带宽有限,它们之间的存在着矛盾并日渐突出。因此,有必要采用实时、高效的图像压缩算法来减少图像的存储容量和传输带宽。近年来,静止图像压缩技术突飞猛进,涌现出一大批诸如JPEG2000、SPIHT等优秀的图像压缩算法,但这些算法在空间探测领域都有自己的不足,限制了在该领域的应用。为此,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)组织提出了针对星载图像的压缩算法。该算法复杂度低,并行性好,支持高速低功耗硬件实现,能实现对空间数据的实时处理,在空间探测领域具有良好的应用前景。针对星载图像的特点,本文研究了CCSDS图像压缩算法中应用于无损压缩的9/7整数小波变换,并在提升小波算法的基础上提出了基于CCSDS的二维提升小波变换核的FPGA设计。采用内部RAM循环覆盖方式和流水结构,充分利用FPGA存储资源,实现了行变换与列...  (本文共91页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
西安电子科技大学

基于提升的离散小波变换VLSI结构设计与实现

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等领域,其中离散小波变换已经被采纳为图像压缩标准JPEG2000的核心变换算法。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,因此设计基于提升算法的离散小波变换VLSI结构具有十分重要的意义。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...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>