本文關(guān)鍵詞：高速圖像解碼中逆小波變換的研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：在目前的航天遙感應(yīng)用中,星上圖像壓縮一般采用基于FPGA等半定制芯片或?qū)Ｓ眯酒挠布到y(tǒng),具有較高的處理速度,而地面解壓縮系統(tǒng)通常采用軟件解碼的方式,處理速度較低。為了能夠?qū)崟r(shí)恢復(fù)圖像,則必須利用多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)工作來(lái)進(jìn)行軟件解碼,這種工作方式所占用的空間以及工作過(guò)程中所需要的開(kāi)銷(xiāo)都很大。與基于通用處理器的軟件解碼相比,硬件解碼具有較高的處理速度以及較低的功耗,因此,研究圖像解壓算法的硬件高速實(shí)現(xiàn)具有重大意義。JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)算法是目前遙感圖像壓縮性能最優(yōu)的方法之一,離散小波變換是該算法的核心組成部分。由于解碼算法中的逆離散小波變換輸入的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行解交織,從而導(dǎo)致行列并行處理的實(shí)現(xiàn)具有較高的復(fù)雜度�，F(xiàn)有技術(shù)中基本采用列變換與行變換串行的實(shí)現(xiàn)方式,該種實(shí)現(xiàn)方式不僅導(dǎo)致JPEG2000解碼系統(tǒng)的處理速度變慢,而且列變換與行變換之間需要較大的存儲(chǔ)資源。因此,本文對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出一種高速、低存儲(chǔ)并行處理的結(jié)構(gòu)方案,重點(diǎn)解決了由于逆小波變換的解交織而難以實(shí)現(xiàn)高速處理等問(wèn)題,并詳細(xì)闡述JPEG2000反量化、逆小波變換高速并行處理的電路結(jié)構(gòu)以及與DDR接口的設(shè)計(jì)。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作是采用軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì),以Vivado HLS以及Xilinx ISE14.3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為平臺(tái),改變了反量化以及逆小波變換算法的運(yùn)算結(jié)構(gòu),使其在保證高精度的同時(shí)能夠高速硬件實(shí)現(xiàn);并以JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中的9/7逆小波變換為例,提出一種逆小波變換行列并行、級(jí)間串行的高速處理的電路結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了四輸入四輸出的行列并行、級(jí)間串行的逆小波變換,能夠支持可變圖像分辨率以及可變精度。所提出的VLSI結(jié)構(gòu)在Xilinx型號(hào)為Virtex-7 XC7VX485T-2FFG1761C的FPGA上得到了硬件實(shí)現(xiàn),最高時(shí)鐘頻率為117.64 MHz。同時(shí),針對(duì)于1024×1024×8bits的圖像解碼,提出一種逆小波變換的輸入緩存結(jié)構(gòu)以及DDR讀寫(xiě)控制方案,采用Verilog語(yǔ)言描述。并針對(duì)該分辨率,提出一種圖像四路輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閱温份敵龅碾娐方Y(jié)構(gòu),完成了四路輸出圖像的重新組織。本文首先介紹了JPEG2000編解碼標(biāo)準(zhǔn)以及各個(gè)模塊的功能作用,重點(diǎn)講述了小波變換算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。之后講述了JPEG2000壓縮標(biāo)準(zhǔn)中反量化以及9/7逆小波變換的電路結(jié)構(gòu),小波電路結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)講述了基本的提升結(jié)構(gòu)、列變換處理單元、行變換處理單元、行變換與列變換之間的緩存結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案。最后介紹小波數(shù)據(jù)在DDR中的緩存方案以及對(duì)于多級(jí)逆小波變換的DDR的讀寫(xiě)控制。
【關(guān)鍵詞】：高級(jí)綜合 逆離散小波變換 JPEG2000 FPGA VLSI
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP751
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號(hào)對(duì)照表11-12
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表12-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 引言15
• 1.2 課題背景15-16
• 1.3 研究現(xiàn)狀16
• 1.4 論文創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.5 研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排17-19
• 第二章 JPEG2000編解碼標(biāo)準(zhǔn)19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 JPEG2000編解碼器簡(jiǎn)介19-20
• 2.3 小波變換模塊簡(jiǎn)介20-27
• 2.3.1 小波變換理論背景20
• 2.3.2 小波的基本概念20-21
• 2.3.3 基于提升的小波變換算法概述21-23
• 2.3.4 IDWT硬件實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)分析23-25
• 2.3.5 JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中的小波變換算法25-27
• 2.4 T1編解碼器模塊簡(jiǎn)介27-28
• 2.5 T2編解碼器簡(jiǎn)介28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 單級(jí)IDWT的VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-51
• 3.1 引言29
• 3.2 基于HLS電路設(shè)計(jì)方法29-32
• 3.2.1 HLS電路設(shè)計(jì)方法發(fā)展現(xiàn)狀29
• 3.2.2 HLS的約束方法29-32
• 3.3 反量化及逆預(yù)處理電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)32-36
• 3.3.1 浮點(diǎn)乘法運(yùn)算高級(jí)綜合實(shí)現(xiàn)32-33
• 3.3.2 反量化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)33-35
• 3.3.3 逆預(yù)處理電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)35-36
• 3.4 基本提升單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-38
• 3.4.1 基于提升結(jié)構(gòu)復(fù)用的VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36
• 3.4.2 單步提升VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-38
• 3.5 列變換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)38-41
• 3.5.1 列變換VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38-41
• 3.5.2 列變換高級(jí)綜合實(shí)現(xiàn)41
• 3.6 行變換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)41-42
• 3.6.1 行變換VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41-42
• 3.6.2 行變換高級(jí)綜合實(shí)現(xiàn)42
• 3.7 行列并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)42-47
• 3.7.1 行列并行VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42-46
• 3.7.2 行列并行高級(jí)綜合實(shí)現(xiàn)46-47
• 3.8 單級(jí)IDWT算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程分析47-50
• 3.9 本章小結(jié)50-51
• 第四章 多級(jí)IDWT與DDR接口設(shè)計(jì)51-71
• 4.1 引言51
• 4.2 JPEG2000解碼系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)51-52
• 4.3 四級(jí)IDWT電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52-54
• 4.4 多級(jí)IDWT的DDR讀寫(xiě)控制54-59
• 4.5 IDWT輸入緩存結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)59-62
• 4.6 圖像重組處理的電路結(jié)構(gòu)62-63
• 4.7 仿真測(cè)試63-68
• 4.8 結(jié)果對(duì)比68-70
• 4.9 本章小結(jié)70-71
• 第五章 結(jié)束語(yǔ)71-73
• 5.1 研究工作總結(jié)71-72
• 5.2 下一步研究方向72-73
• 參考文獻(xiàn)73-75
• 致謝75-77
• 作者簡(jiǎn)介77-78

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 董明巖;雷杰;王柯儼;李云松;;高效低存儲(chǔ)DWT的VLSI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2016年02期

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3 馬伯寧;王晨昊;湯曉安;匡綱要;;基于GPU的二維離散小波變換快速計(jì)算[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

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本文編號(hào)：517746