提升小波變換的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)

????????? 根據(jù)1996 年Sweldens 等人提出的提升小波變換方法，設(shè)計了一種有效的JPEG2000
CDF(2,2)整數(shù)小波變換的VLSI 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并對小波系數(shù)的變化范圍進行了分析。用VHDL
對該結(jié)構(gòu)進行基于FPGA 實現(xiàn)的可綜合描述，并用EDA 軟件進行了仿真和綜合，硬件仿真結(jié)果和軟件Matlab 實現(xiàn)結(jié)果完全一致。
關(guān)鍵詞 離散小波變換；提升格式；圖像壓縮
???????? 近年來，離散小波變換（Discrete Wavelet Transform, DWT）已經(jīng)廣泛和成功地應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如信號分析、圖像處理、模式識別、醫(yī)學(xué)成像與診斷和數(shù)字水印等等。與離散傅立葉變換（DFT）和離散余弦變換（DCT）相比，它具有良好自適應(yīng)時-頻窗口特性和多分辨率分析特性。經(jīng)典的二維離散小波變換采用Mallat 算法，通過圖像的水平和垂直方向交替采用低通和高通濾波實現(xiàn)，這種基于卷積的離散小波變換計算量大，計算復(fù)雜度高，對存儲空間得要求高，不利用硬件實現(xiàn)。
1996 年Sweldens 提出的一種不依賴于傅立葉變換的新的小波構(gòu)造方法——提升格式（Lifting Scheme）。提升小波變換又被稱為第二代小波變換技術(shù)，它是一種比Mallat 快速算法更位有效的算法；并可實現(xiàn)整數(shù)到整數(shù)的小波變換。Daubechies 已經(jīng)證明，凡是用Mallat 算法實現(xiàn)的小波變換都可以用提升小波來實現(xiàn)。因此，提升小波變換成為JPEG2000 中圖像編碼的標(biāo)準(zhǔn)算法。
???????? 在實時圖像編碼系統(tǒng)中，由于小波變換需要較大的計算量，靠軟件實現(xiàn)無法滿足實時需要，其硬件實現(xiàn)具有重大的實際意義。本文根據(jù)模塊化的設(shè)計思想，采用了流水線（Pipeline）技術(shù)， 并對小波系數(shù)位寬進行了分析， 設(shè)計了一種用于圖像無損壓縮的
Cohen-Daubechies-Fouveau CDF(2,2)二維提升小波變換結(jié)構(gòu)，并在 Xilinx ISE6.2i 集成環(huán)境下實現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真和綜合。