JPEG2000中离散小波变换的VLSI设计

摘要

随着多媒体技术的迅速发展和人们对图像质量要求的不断提高，图像压缩技术成为研究的热点。传统的基于傅里叶分析的变换编码技术已经不能完全满足需求，而小波分析所具有的良好特性使其成为变换编码技术中新的变换方法。JPEG2000图像压缩标准舍弃了以DCT为代表的分块变换方法和Huffman熵编码，采用离散小波变换(DWT)和最优嵌入式块编码(EBCOT)作为实现图像压缩的核心算法，具有比JPEG图像压缩标准更优的图像压缩特性。DWT作为JPEG2000图像压缩标准的核心部分之一，其性能直接影响到压缩图像的质量，因此，高效的DWT硬件电路结构设计和实现具有重要意义。
　　 首先，本文深入研究了JPEG2000图像压缩标准和基于提升格式的离散小波变换理论，设计了JPEG2000图像压缩标准中离散小波变换的硬件实现方案;然后，采用流水线设计、内存读取乒乓操作和改进的时序设计等方法完成了该方案的硬件电路设计，采用VerilogHDL对设计进行RTL级描述，并在Modelsim软件中进行功能仿真;最后，使用FPGA开发平台并结合MATLAB软件对设计进行验证。仿真和验证结果表明，本设计正确地实现了三级二维离散小波变换的功能，且性能达到了实际应用的要求，但同时也反映出数据处理速度不够快、内存资源消耗大和灵活性差等缺点。
　　 针对前面设计中存在的缺点，采用行列变换并行、内存复用和改进的流水线设计方法实现了改进结构的二维离散小波变换系统，并对该设计进行功能仿真和验证。与前一个设计的性能进行比较，改进结构的设计以适量的逻辑资源消耗增加获得了近4倍的数据处理速度，节省了近1/3的存储资源，系统的最大工作频率达到200MHz，可以对输入图像数据进行实时处理，灵活性明显增加。

目录

声明

摘要

图片索引

表格索引

第1章 绪论

1．1 图像压缩理论

1．2 JPEG2000标准

1．2．1 JPEG2000标准概述

1．2．2 小波变换概述

1．2．3 国内外研究现状

1．3 本课题研究内容及意义

1．4 论文章节安排

第2章 小波变换算法

2．1 小波变换理论

2．1．1 小波变换定义

2．1．2 多分辨率分析

2．1．3 小波基的选择

2．2 双正交小波变换

2．3 提升小波变换

2．3．1 基本思想

2．3．2 提升步骤

2．3．3 主要优点

2．4 小波变换的图像压缩应用

2．4．1 基于提升小波变换的图像压缩

2．4．2 JPEG2000标准中的小波变换

2．5 本章小结

第3章 离散小波变换基本实现结构的VLSI设计

3．1 JPEG2000中离散小波变换的处理方法

3．1．1 9/7离散小波变换的定点化

3．1．2 提升结构小波变换的边界延拓

3．1．3 离散小波变换中乘法的实现

3．2 9/7离散小波变换电路的基本结构

3．2．1 一维9/7离散小波变换

3．2．2 二维9/7离散小波变换

3．3 离散小波变换基本结构电路的功能仿真和验证

3．3．1 9/7离散小波变换的功能仿真和MATLAB验证

3．3．2 9/7离散小波变换的FPGA验证

3．4 本章小结

第4章 离散小波变换改进结构的VLSI设计

4．1 离散小波变换的改进结构

4．1．1 二维小波变换改进方案

4．1．2 减少二维小波变换规整化乘操作的方法

4．1．3 二维离散小波变换改进结构的框架

4．2 二维离散小波变换改进结构的VLSI实现

4．2．1 二维离散小波变换运算部分

4．2．2 系统控制部分

4．2．3 存储部分

4．3 离散小波变换改进结构电路的功能仿真和验证

4．3．1 离散小波变换改进结构设计的功能仿真和MATLAB验证

4．3．2 离散小波变换改进结构设计的FPGA验证

4．4 离散小波变换改进结构电路的逻辑综合

4．4．1 逻辑综合

4．4．2 二维离散小波变换改进结构设计的逻辑综合

4．5 离散小波变换改进结构与基本结构性能对比

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 后续工作和前景展望

参考文献

致谢

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