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提升小波变换的FPGA设计与实现
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2009-09-12
李霞
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根据1996 年Sweldens 等人提出的提升小波变换方法，设计了一种有效的JPEG2000
CDF(2,2)整数小波变换的VLSI 实现结构，并对小波系数的变化范围进行了分析。用VHDL
对该结构进行基于FPGA 实现的可综合描述，并用EDA 软件进行了仿真和综合，硬件仿真结果和软件Matlab 实现结果完全一致。
关键词 离散小波变换；提升格式；图像压缩
近年来，离散小波变换（Discrete Wavelet Transform, DWT）已经广泛和成功地应用在许多领域，如信号分析、图像处理、模式识别、医学成像与诊断和数字水印等等。与离散傅立叶变换（DFT）和离散余弦变换（DCT）相比，它具有良好自适应时-频窗口特性和多分辨率分析特性。经典的二维离散小波变换采用Mallat 算法，通过图像的水平和垂直方向交替采用低通和高通滤波实现，这种基于卷积的离散小波变换计算量大，计算复杂度高，对存储空间得要求高，不利用硬件实现。
1996 年Sweldens 提出的一种不依赖于傅立叶变换的新的小波构造方法——提升格式（Lifting Scheme）。提升小波变换又被称为第二代小波变换技术，它是一种比Mallat 快速算法更位有效的算法；并可实现整数到整数的小波变换。Daubechies 已经证明，凡是用Mallat 算法实现的小波变换都可以用提升小波来实现。因此，提升小波变换成为JPEG2000 中图像编码的标准算法。
在实时图像编码系统中，由于小波变换需要较大的计算量，靠软件实现无法满足实时需要，其硬件实现具有重大的实际意义。本文根据模块化的设计思想，采用了流水线（Pipeline）技术， 并对小波系数位宽进行了分析， 设计了一种用于图像无损压缩的
Cohen-Daubechies-Fouveau CDF(2,2)二维提升小波变换结构，并在 Xilinx ISE6.2i 集成环境下实现了系统的仿真和综合。
CDF(2,2)整数小波变换的VLSI 实现结构，并对小波系数的变化范围进行了分析。用VHDL
对该结构进行基于FPGA 实现的可综合描述，并用EDA 软件进行了仿真和综合，硬件仿真结果和软件Matlab 实现结果完全一致。
关键词 离散小波变换；提升格式；图像压缩
近年来，离散小波变换（Discrete Wavelet Transform, DWT）已经广泛和成功地应用在许多领域，如信号分析、图像处理、模式识别、医学成像与诊断和数字水印等等。与离散傅立叶变换（DFT）和离散余弦变换（DCT）相比，它具有良好自适应时-频窗口特性和多分辨率分析特性。经典的二维离散小波变换采用Mallat 算法，通过图像的水平和垂直方向交替采用低通和高通滤波实现，这种基于卷积的离散小波变换计算量大，计算复杂度高，对存储空间得要求高，不利用硬件实现。
1996 年Sweldens 提出的一种不依赖于傅立叶变换的新的小波构造方法——提升格式（Lifting Scheme）。提升小波变换又被称为第二代小波变换技术，它是一种比Mallat 快速算法更位有效的算法；并可实现整数到整数的小波变换。Daubechies 已经证明，凡是用Mallat 算法实现的小波变换都可以用提升小波来实现。因此，提升小波变换成为JPEG2000 中图像编码的标准算法。
在实时图像编码系统中，由于小波变换需要较大的计算量，靠软件实现无法满足实时需要，其硬件实现具有重大的实际意义。本文根据模块化的设计思想，采用了流水线（Pipeline）技术， 并对小波系数位宽进行了分析， 设计了一种用于图像无损压缩的
Cohen-Daubechies-Fouveau CDF(2,2)二维提升小波变换结构，并在 Xilinx ISE6.2i 集成环境下实现了系统的仿真和综合。
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