基于FPGA的快速9／7整形离散小波变换系统设计

文章摘要： 摘要：CCSDS图像数据压缩标准中采用9／7整形离散小波变换为核心算法，该算法结构简单，易于硬件设计实现。文中基于FPGA设计实现了9／7整数离散小波变换系统，设计中使用内部RAM存储方式，减小了对存储器的需求量，同时采用基于行的列变换方式，行、列变换同时进行，提高了运行速度，仿真和综合结果显示该设计需要的硬件资源少，运行速度快。美国空间数据系统咨询委员会(简称CCSDS)于2005年推出一套适用于空间领域的图像压缩标准，标准使用了离散小波变换为核心算法，推荐使用9／7整数离散小波变换实现无损图像压缩，由于该算法结构简单，易于硬件设计实现，因此可以用FPGA来实现提升小波算法。1 C

基于FPGA的快速9／7整形离散小波变换系统设计,标签：eda技术,eda技术实用教程,http://www.88dzw.com

     摘要：CCSDS图像数据压缩标准中采用9／7整形离散小波变换为核心算法，该算法结构简单，易于硬件设计实现。文中基于FPGA设计实现了9／7整数离散小波变换系统，设计中使用内部RAM存储方式，减小了对存储器的需求量，同时采用基于行的列变换方式，行、列变换同时进行，提高了运行速度，仿真和综合结果显示该设计需要的硬件资源少，运行速度快。

　　美国空间数据系统咨询委员会(简称CCSDS)于2005年推出一套适用于空间领域的图像压缩标准，标准使用了离散小波变换为核心算法，推荐使用9／7整数离散小波变换实现无损图像压缩，由于该算法结构简单，易于硬件设计实现，因此可以用FPGA来实现提升小波算法。

　　1 CCSDS图像压缩标准中的小波变换

　　CCSDS图像压缩算法主要包括两个功能模块：前一部分是对遥感图像数据进行离散小波变换，去除图像数据之间的冗余；后一部分是对去相关后的图像数据进行位平面压缩编码，如图1所示。

　　CCSDS标准推荐使用9／7离散小波滤波器对图像数据进行变换，即滤波器的低通系数为9个，滤波器的高通系数为7个。对于长度为2N待变换图像的原始数据Xk(k=0，1，2，…，2N-1)，其整形小波变换公式如式(1)～式(6)所示。

　　其中，[]为对数据进行下取整操作；Cj为低通小波系数输出；Dj为高通小波系数输出。为了避免乘法器运算的繁琐，对公式进行了变形，采用加法器和移位操作实现公式的运算，提高了运算速度。

　　2 9／7二维离散小波变换的系统设计过程

　　本文在Xilinx公司提供的ISE7．1集成设计软件环境下，采用VHDL语言设计实现9／7二维离散小波变换系统，首先进行小波行变换，行变换后的数据按照行数输入内部RAM缓存，然后对行变换后的数据再进行列变换，最后将低频系数dLLl输入RAM缓存，其余高频系数dLHl，dHLl，dHHl输出到外挂RAM中缓存，系统设计流程，如图2所示。

　　2．1 行变换过程

　　首先，使用7个移位寄存器来实现对数据的读写传输，每到来一个时钟控制信号(clk)，就往移位寄存器中读写一个数据，数据在移位寄存器中的传输过程，如图3所示。

　　当输入第5个数据时，就可以根据式(1)和式(5)分别计算出第一个高通系数值D0和第一个低通系数值C0，下一个时钟控制信号读入第6个数据时，不进行操作，当控制读入第7个数据时，根据式(2)和式(6)分别计算出第2个高通系数值Dj和第2个低通系数值Cj，小波行变换后的高通系数D和低通系数C采用地址传输的方式交叉存储到6个内部RAM当中，如图4所示。

[1] [2]  下一页