基于整数提升算法的二维离散小波变换的VLSI设计

论文摘要

小波变换理论日趋成熟,其应用也越来越广泛。在小波变换的应用中,对硬件实现复杂小波计算的需求也越来越迫切。整数小波变换由于其小波系数为整数,逆变换可完美恢复小波变换前的数据,因此在无损图像压缩等领域有着重要应用。本文以整数小波变换为研究对象,重点在二维整数5/3小波变换的基础上设计了一种并行结构,该结构将二维变换分为四个运算模块,这四个模块并行运算,各模块内部采用流水线技术。这种结构是通用的,虽然是在整数5/3小波变换的基础上得来的,但只要修改一些参数,可方便的用于其它整数小波变换。而且,这种结构可直接以VLSI的形式实现,也可方便的用流行的FPGA实现,具有较强的灵活性。本文首先介绍了小波变换硬件结构研究的现状。在介绍小波变换基本理论的基础上分析了小波变换的快速算法――提升算法,并重点讨论了整数小波变换原理,引出本文的研究对象:整数5/3小波变换。然后提出一种实现整数小波变换的并行结构,分析了该结构内部的工作流程,并给出了详尽的原理图。最后用Verilog HDL硬件描述语言对该结构进行简要的描述、仿真,验证了该结构的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 小波变换硬件结构的研究现状
• 1.3 论文框架
• 第二章 小波变换基本理论及提升算法
• 2.1 连续小波变换
• 2.2 离散小波变换
• 2.3 Mallat 塔式算法及滤波器组
• 2.4 基于提升算法的小波变换――第二代小波
• 2.4.1 提升算法简介
• 2.4.2 提升算法的原理
• 2.5 整数小波变换
• 2.5.1 整数小波的构造
• 2.5.2 常用的整数小波变换
• 2.5.3 整数5/3 小波变换
• 2.6 本章小结
• 第三章 整数小波变换VLSI设计中的若干技术问题
• 3.1 小波系数的动态范围
• 3.2 边界延拓
• 3.3 流水线技术
• 3.3.1 流水线的工作原理和表示方法
• 3.3.2 流水线设计的概念
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于提升算法DWT的VLSI结构设计
• 4.1 一般结构
• 4.2 效率更高的并行结构
• 4.2.1 结构定义
• 4.2.2 存储器的组织
• 4.3 各运算模块内部的功能
• 4.3.1 行预测模块
• 4.3.2 行更新模块
• 4.3.3 列预测模块
• 4.3.4 列更新模块
• 4.4 多级变换的并行计算
• 4.5 存储器需求
• 4.5.1 单级变换所耗的存储器
• 4.5.2 多级变换带来的额外存储量的需求
• 4.5.3 存储控制器和片外存储器的高速缓存
• 4.6 本章小结
• 第五章 各运算模块的VLSI实现
• 5.1 行上的预测
• 5.1.1 读取
• 5.1.2 计算
• 5.1.3 写入
• 5.2 行上的更新
• 5.3 列上的预测
• 5.4 列上的更新
• 5.5 与其它方案的比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 结构测试及仿真
• 6.1 VLSI 结构基于Verilog HDL 的描述
• 6.2 仿真
• 6.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献表
• 作者在学期间取得的学术成果