应用于JPEG2000的低功耗小波变换结构及硬件实现研究

论文摘要

作为最新的静止图像压缩国际标准,JPEG2000采用离散小波变换(DWT)和优化截断嵌入式块编码(EBCOT),在编码效率和复原图像质量上均远优于JPEG等传统算法,今后必将在静止图像压缩领域占据主导地位。因此,基于提升的离散小波变换技术作为JPEG2000算法的核心关键技术,成为了研究热点。如何设计结构简单,实时性好同时具有面积小功耗低的小波硬件实现方案成为富有挑战性的课题。本文在深入研究了小波提升算法的基础上,根据硬件设计的要求,提出了一种新的适用于实时图像处理的二维提升多级小波变换VLSI结构。整个结构,采用行列并行流水线处理结构实现小波分解,提高了分解单元的运算速度;采用分时复用方法使预测和提升步骤在同一个处理器中实现,减小了电路规模;采用优化的移位加法操作代替乘法运算和采用选择器来实现边界的镜像对称操作,减小了运算量。最后,采用Verilog硬件描述语言对整个结构进行寄存器传输级描述,用EDA工具完成了整个设计的仿真和综合,给出了仿真和综合的结果。结果表明该电路结构大大减小了运算量,降低了整体功耗,加快了变换速度,满足了对图像实时处理的要求,为后续实时压缩编码和传输提供了有利的条件。本文成功的设计了低功耗、高速的适合实时图像压缩处理的二维提升离散小波变换结构,为以后的JPEG2000图像压缩系统打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的工作背景
• 1.2 小波变换用于图像编码的优点
• 1.3 小波变换硬件结构研究现状
• 1.4 主要研究工作及论文组织
• 第二章 JPEG2000 概述
• 2.1 JPEG2000 的特点和应用
• 2.2 JPEG2000 编码流程
• 2.2.1 预处理
• 2.2.2 分量间变换
• 2.2.3 小波变换
• 2.2.4 量化
• 2.2.5 核心编码算法
• 2.3 JPEG2000 关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 小波变换及提升格式
• 3.1 小波理论
• 3.2 多分辨分析
• 3.2.1 Mallat算法
• 3.2.2 Mallat算法实现双正交小波变换
• 3.3 提升小波变换算法
• 3.4 小波变换后图像的系数分布
• 3.5 自然图像小波系数能量分布特点
• 3.6 本章小结
• 第四章 提升式5/3 滤波器的离散小波变换结构
• 4.1 二维离散小波变换的VLSI结构
• 4.2 数据选择模块
• 4.3 水平小波变换单元
• 4.3.1 嵌入式数据延拓算法
• 4.3.2 分时复用运算单元
• 4.4 垂直小波变换模块
• 4.5 小波系数存储器及缓存阵列
• 4.6 二维提升小波变换并行结构
• 4.7 水平小波系数存储地址控制模块
• 4.8 垂直小波变换的帧同步和行同步信号产生模块
• 4.9 DWT控制模块
• 4.9.1 小波系数存储控制
• 4.9.2 多级小波分解控制
• 4.9.3 小波变换全局控制模块仿真
• 4.10 二维小波变换结构总体仿真
• 4.11 本章小结
• 第五章 验证结果与分析
• 5.1 综合结果和功耗分析
• 5.2 结果验证
• 5.3 结论
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢