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JPEG2000中DWT的VLSI结构设计

作　者: 钟艳华
导　师: 楼生强；辛勤
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 离散小波变换提升算法 VLSI 流水线 FPGA
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 28次
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内容摘要

JPEG2000作为新一代静止图像压缩标准,核心算法采用了离散小波变换(DWT),在编码效率和复原图像质量上均远优于传统算法,并在静止图像压缩领域占据着主导地位。因此,离散小波变换的VLSI实现具有重要意义。本文主要研究可以对大尺寸、高分辨率图像进行实时二维离散小波变换的方案。论文研究的内容主要分为两部分,第一部分首先分析了小波变换的原理,重点研究了离散小波变换的快速算法,包括第一代小波变换所采用的卷积算法和第二代小波变换所采用的提升算法,然后具体分析了离散小波变换在JPEG2000中的实现问题。论文第二部分针对提升小波变换的VLSI结构和FPGA设计中的关键技术,提出了算法改进,并从边界延拓、常系数乘法器设计、定点运算、原位计算、一维离散小波变换结构、二维离散小波变换结构等方面进行了研究和讨论。采用VHDL语言对整个设计进行描述,并在Quartus II 8.1和Modelsim 6.0中对其进行时序仿真、综合。并将仿真结果同Matlab仿真结果进行了比较,仿真结果和比较结果验证了本文中所设计的硬件结构的正确性和可行性,系统可以在较高时钟频率下实时地对图像进行小波变换。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-11
第一章绪论  11-16
  1.1 引言  11
  1.2 课题的研究背景和意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
    1.3.1 DWT的VLSI结构研究现状  12-13
    1.3.2 JPEG2000 的 VLSI 结构研究现状  13-14
  1.4 本文研究工作的主要内容  14-16
第二章基于小波变换的图像压缩算法分析  16-32
  2.1 小波变换的定义及性质  16-19
  2.2 基于卷积模式的 Mallat 算法  19-21
  2.3 提升算法（Lifting Scheme）  21-23
  2.4 小波变换在图像压缩中的应用  23-31
    2.4.1 小波变换在图像压缩编码中的优点  23-24
    2.4.2 二维离散小波变换在 JPEG2000 中的应用  24-27
    2.4.3 JPEG2000 中小波基的选择  27-28
    2.4.4 JPEG2000 中小波滤波器的构造  28-29
    2.4.5 基于行的小波变换架构  29-31
  2.5 小结  31-32
第三章 VLSI结构分析及优化  32-50
  3.1 小波变换VLSI结构的数据位宽  32-34
  3.2 Lifting 算法分析及优化  34-40
    3.2.1 Lifting 算法内部数据相关性分析  34
    3.2.2 CDF9/7小波提升算法改进  34-39
    3.2.3 常系数乘法器的 VLSI 高效设计  39-40
  3.3 1-D DWT 的 VLSI 结构  40-43
    3.3.1 基于流水线方式的 1-D DWT 结构  41
    3.3.2 基于折叠方式的 1-D DWT 结构  41-42
    3.3.4 拟采用的 1-D DWT 结构  42-43
  3.4 2-D DWT的VLSI 结构  43-49
    3.4.1 基于SCLA 的 2-D DWT VLSI 结构  43-46
    3.4.2 基于行的 2-D DWT VLSI 结构  46-47
    3.4.3 基于分块折叠的 2-D DWT VLSI 结构  47-48
    3.4.4 二维离散小波变换的总体模块架构  48-49
  3.5 小结  49-50
第四章基于 FPGA 的小波变换硬件实现  50-61
  4.1 一维离散小波滤波器设计  50-52
  4.2 二维离散小波滤波器设计  52-59
    4.2.1 数据调度单元  54
    4.2.2 基于提升的一维小波变换单元  54-55
    4.2.3 Mram 存储控制单元  55-57
    4.2.4 小波系数存储地址控制  57-59
  4.3 小结  59-61
第五章仿真与验证  61-66
  5.1 ModelSim 验证  61-62
  5.2 时序仿真  62-63
  5.3 Quartus II 综合结果与分析  63-64
  5.4 板级验证  64-65
  5.5 小结  65-66
第六章总结与展望  66-68
  6.1 完成的工作  66
  6.2 进一步研究方向  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
作者在学期间取得的学术成果  73

JPEG2000中DWT的VLSI结构设计

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