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数字图像并行处理的VLSI实现研究

2020-11-22阅读(517)

数字图像并行处理的VLSI实现研究

论文摘要

提高图像处理的速度一直是图像处理中致力于解决又难以突破的关键问题之一,图像并行处理技术则是提高图像处理速度的最有效的技术。EDA技术的出现和VLSI的发展,为经济快速、自行开发高性能的图像并行处理硬件提供了一个全新的设计平台和广阔的发展空间。 本文在分析了邻域处理的算法及其并行数据结构,邻域图像并行处理机等芯片级图像并行处理器设计技术的基础上,重点阐述了作者利用EDA技术完成的3个图像并行处理的VLSI实现设计实例:Sobel图像边缘检测器,Laplacian图像边缘检测器以及整数小波变换的VLSI实现设计。各设计实例包括算法介绍,系统的总体设计,主要模块的设计思想,有关仿真结果和分析。 在Sobel图像边缘检测器的VLSI实现设计中,通过设置FIFO栈实现了处理数据的缓冲,通过串入并出模块实现了列像素的刷新,通过设置移位寄存器避免了数据的重复输入和像素处理窗口数据的刷新,通过设计并行流水式滤波器和重复设置四个滤波器来提高整个系统的处理速度,因此本系统实现了邻域数据处理的流水式输入,多层次、全过程的流水线处理和并行处理,具有良好的实时处理性能。对一幅(1024×1024)的图像,本系统(50M时钟)的处理时间为0.105s,其处理速度较六级指令流水线的DSP(40M晶振)系统提高了10倍,较MCU系统(12M晶振)提高了400倍。 在Laplacian图像边缘检测器的VLSI的实现设计中,通过使用移位寄存器存放像素值和使用寄存器实现的数据串并转换,既避免了卷积运算数据的高度重复读取,又实现了卷积运算数据的完全“流水式”输入,同时采用了速度最优的高阶分布式算法完成模板的卷积运算,从而使系统在资源,速度上达到了较好的优化。本系统经过初始的延迟后,每时钟周期就可“流水式”输出一个处理结果,具有良好的实时处理性能。若系统时钟为100MHZ,则处理一幅1024*1024的图像的时间仅需0.01S左右。 整数小波变换是一种基于提升格式的小波变换,具有计算快捷,节省内存,能对任意尺寸图像进行小波变换等优点,而且可对图像进行有损和无损压缩。在整数小波变换的VLSI的实现设计中,通过自顶向下的设计方法简化了设计难度,通过采用多种形式的数据寄存或锁存组合实现了处理数据的缓冲和小波变换的并行处理和流水线处理,通过数据的移位运算简单而快速地实现了数据的乘除运算及有关取整操作,通过设计多级的控制状态机实现了小波变换的复杂时序控制,通过设计通用的小波分解和合成模块以及小波变换存取控制参数的控制模块实现了小波的多级变换。

论文目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 图像并行处理技术
  • 1.2.2 EDA技术
  • 1.2.3 图像边缘检测
  • 1.2.4 小波变换图像编码技术
  • 1.3 作者的主要工作
  • 第二章 图像并行处理器的设计分析
  • 2.1 图像并行处理技术基础
  • 2.1.1 基本概念
  • 2.1.2 并行结构
  • 2.1.3 并行算法
  • 2.1.4 性能指标
  • 2.2 图像处理的特征分析
  • 2.3 邻域处理算法及其数据结构
  • 2.4 邻域图像并行处理机
  • 2.4.1 基本原理与系统结构
  • 2.4.2 邻域图像帧存储体的实现
  • 2.4.3 邻域图像并行处理器
  • 第三章 Sobel图像边缘检测器的VLSI实现设计
  • 3.1 Sobel边缘检测算法介绍
  • 3.2 系统的VLSI实现设计
  • 3.2.1 系统的总体设计
  • 3.2.2 主要功能模块的设计
  • 3.3 系统的LPM原理图和VHDL程序设计
  • 3.4 系统的有关仿真结果
  • 3.5 结论
  • 第四章 Laplacian图像边缘检测器的VLSI实现设计
  • 4.1 Laplacian边缘检测算子
  • 4.2 图像边缘检测的实现流程
  • 4.3 分布式算法的运算原理
  • 4.4 系统的VLSI实现设计
  • 4.4.1 系统的总体设计
  • 4.4.2 卷积运算模块的设计
  • 4.4.3 卷积运算数据“流水式”输入模块的设计
  • 4.5 系统的VHDL程序设计
  • 4.6 系统的有关仿真结果
  • 4.7 结论
  • 第五章 整数小波变换的VLSI实现设计
  • 5.1 整数小波变换算法
  • 5.1.1 小波变换提升算法
  • 5.1.2 整数小波变换算法
  • 5.2 整数小波分解的VLSI设计
  • 5.2.1 5-3小波分解模块WVT53的总体设计
  • DOWN的设计'>5.2.2 5-3小波分解处理核CD53DOWN的设计
  • EXTRAMSM'>5.2.3 外部存储器读写控制状态机WREXTRAMSM
  • 5.2.4 5-3小波分解模块WVT53的VHDL程序设计
  • 5.2.5 5-3小波分解有关模块的仿真及分析
  • 5.3 整数小波合成的VLSI设计
  • 5.3.1 5-3小波合成模块IWVT53的总体设计
  • UP的设计'>5.3.2 5-3小波合成处理核CD53UP的设计
  • EXTRAMSM'>5.3.3 外部存储器读写控制状态机WREXTRAMSM
  • 5.3.4 5-3小波合成模块IWVT53的VHDL程序设计
  • 5.3.5 5-3小波分解有关模块的仿真及分析
  • 5.4 多级小波变换的实现讨论
  • 5.5 结论
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 后继工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者攻硕期间完成的论文及科研工作

    • 相关论文文献

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