高效并行流水低存储的小波变换算法研究

论文摘要

JPEG2000是新一代的图像压缩标准,其中离散小波变换和EBCOT是JPEG2000的两个核心算法。由于这两个算法的计算量很大,内存使用量也很大,因此在许多应用系统中需要对算法进行改进才能满足应用需要。本文在深入研究JPEG2000和小波变换理论的基础上,通过对(9,7)小波变换的改进和考虑两个核心算法之间的联系,提出一种新的算法。主要研究取得的成果有:1.通过基于提升结构的小波变换的研究,对小波系数做了进一步改进。使改进后的小波变换结果与改进前的小波变换结果相同,更易于硬件实现和进行加法和乘法运算不溢出的特点。并且每一个提升步中的预测和更新的乘运算能够并行执行,减少了关键路径的长度。2.结合并行程序设计的方法,提出了小波变换的并行流水处理实现结构。算法提出根据外存的带宽、硬件资源利用率、速度和硬件资源的限制四者之间的权衡来设计的方法。3.提出一种双缓存的高效并行流水低存储的基于提升结构的二维离散小波变换算法的实现的设计方案。联系位平面编码中数据的编码顺序,提出了一种新的数据读取方式和缓存设计方案。并把重新读取数据的次数作为系统设计的一个性能指标。本文研究的内容是基于JPEG2000图像压缩标准,提出了一种并行解决方案,其性能有了相当大的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 小波变换算法的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 基于小波的图像压缩算法
• 2.1 JPEG2000图像压缩标准综述
• 2.1.1 JPEG2000图像压缩标准的基本特征
• 2.1.2 JPEG2000编码系统
• 2.2 基于小波的图像压缩算法的实现
• 2.2.1 Andra提出的JPEG2000的硬件实现结构
• 2.2.2 编码器实现结构的分析
• 2.2.3 解码器实现结构分析
• 2.3 实现结构的设计需要注意的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于提升结构的小波变换的改进
• 3.1 小波的提升方法
• 3.2 JPEG2000推荐使用的小波
• 3.3 基于提升结构小波变换的实现
• 3.3.1 （9，7）小波变换算法的实现
• 3.3.2 提升结构的小波变换实现分析
• 3.4 基于提升结构小波变换算法的改进
• 3.4.1 改进算法
• 3.4.2 改进后算法的分析
• 3.4.3 实验结果及结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于提升结构小波的并行流水结构的设计
• 4.1 并行流水结构设计的原则
• 4.2 一维小波变换的并行流水结构实现
• 4.2.1 并行流水结构的实现
• 4.2.2 实现结构分析
• 4.2.3 并行流水结构的设计
• 4.3 二维小波变换并行流水结构的设计基本方法
• 4.3.1 通用二维小波变换实现
• 4.3.2 Andra提出的二维小波变换结构
• 4.3.3 基本方法实现分析
• 4.3.4 从位平面编码过程来看二维小波变换的实现
• 4.4 二维小波变换并行流水结构的提出
• 4.4.1 从小波变换产生数据的顺序出发
• 4.4.2 行变换和列变换数据读取顺序
• 4.4.3 行列缓存的设计
• 4.4.4 其它缓存的设计
• 4.4.5 缓存设计原则总结
• 4.4.6 H值的确定
• 4.4.7 基于提升结构的二维小波变换实现结构图
• 4.4.8 算法性能分析
• 4.4.9 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果