JPEG 2000是為適應不斷發展的圖像壓縮應用而出現的新的靜止圖像壓縮標準,小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達到時(空)域或頻率域局部化的時頻域或空頻域分析方法,其多尺度分解特性符合人類的視覺機制,更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法,提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計算,使其在實時信號處理領域得到廣泛的應用。通過提升的方法很容易構造一般的整數小波變換,由于圖像一般用位數較低的整數表示,整數小波變換可以將為整數序列的圖像矩陣映射成整數小波系數矩陣,這就大大簡化了小波變換的硬件電路設計。在當今數字化和信息化時代背景下,研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領域的應用已經成為當今研究的熱點。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片,根據JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法,設計圖像壓縮系統的小波變換模塊。主要工作如下: 第一部分介紹了傳統小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續小波時頻局域性的特征,離散小波變換系數的意義,多分辨分析引出的構造小波基的系統方法和計算離散小波的快速算法等。重點放在介紹正交小波和雙正交小波的構造方法,并介紹了數字圖像在小波域的特點。討論了提升小波變換的基本思想,討論了用提升方法構造小波基以及傳統小波變換的提升實現,討論了整數小波變換。 第二部分介紹了FPGA結構及其設計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發展趨勢及FPGA/CPLD基本結構,然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結構特點,以及Xilinx的FPGA開發軟件ISE,最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點。 最后一部分是本論文研究的主要內容,即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設計和二維變換模塊設計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的串行流水線結構和高速高功耗的并行陣列結構。同樣,二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的折疊結構和高速高功耗的串行結構。 文章對提升小波變換的FPGA實現中的大量細節問題進行了討論,給出了每種結構提升小波變換模塊的電路原理圖,并對原理圖進行了仿真測試,仿真測試結果不僅表明了模塊功能的正確性,而且表明不同小波模塊可以滿足相應領域的實際要求。
上傳時間: 2013-06-08
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本課題設計和完成了一套基于DSP+FPGA結構的小波變換實時圖像處理系統。采用小波算法對圖像進行邊緣提取、圖像增強、圖像融合等處理,并在ADSP-BF535上實現了小波算法,分析了其運行小波算法的性能。圖像處理的數據量比較大,而且運算比較復雜,DSP的特殊結構和性能很好地滿足了系統實現的需要,而FPGA的高速性和靈活性也滿足了系統實時性和穩定性的需要,所以采用DSP+FPGA來實現圖像處理系統是可靠的,也是可行的。系統的硬件設計以DSP和FPGA為平臺,DSP實現算法、管理系統運行、并實現了系統的自啟動;FPGA實現一些接口、時序控制等,簡化了外圍電路,提高了系統的可靠性。結果表明,在ADSP-BF535上實現小波算法,效果良好,而且滿足系統實時性的要求。最后,總結了系統的設計和調試經驗,對調試時遇到的一些問題進行了分析。
上傳時間: 2013-04-24
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相對于JPEG中二維離散余弦變換(2DDCT)來說,在JPEG2000標準中,二維離散小波變換(2DDWT)是其圖像壓縮系統的核心變換。在很多需要進行實時處理圖像的系統中,如數碼相機、遙感遙測、衛星通信、多媒體通信、便攜式攝像機、移動通信等系統,需要用芯片實現圖像的編解碼壓縮過程。雖然有許多研究工作者對圖像處理的小波變換進行了研究,但大都只偏重算法研究,對算法硬件實現時的復雜性考慮較少,對圖像處理的小波變換硬件實現的研究也較少。 本文針對圖像處理的小波變換算法及其硬件實現進行了研究。對文獻[13]提出的“內嵌延拓提升小波變換”(Combiningthedata-extensionprocedureintothelifting-basedDWTcore)快速算法進行仔細分析,提出一種基于提升方式的5/3小波變換適合硬件實現的算法,在MATLAB中仿真驗證了該算法,證明其是正確的。并設計了該算法的硬件結構,在MATLAT的Simulink中進行仿真,對該結構進行VHDL語言的寄存器傳輸級(RTL)描述與仿真,成功綜合到Altera公司的FPGA器件中進行驗證通過。本算法與傳統的小波變換的邊界處理方法比較:由于將其邊界延拓過程內嵌于小波變換模塊中,使該硬件結構無需額外的邊界延拓過程,減少小波變換過程中對內存的讀寫量,從而達到減少內存使用量,降低功耗,提高硬件利用率和運算速度的特點。本算法與文獻[13]提出的算法相比較:無需增加額外的硬件計算模塊,又具有在硬件實現時不改變原來的提升小波算法的規則性結構的特點。這種小波變換硬件芯片的實現不僅適用于JPEG2000的5/3無損小波變換,當然也可用于其它各種實時圖像壓縮處理硬件系統。
上傳時間: 2013-06-13
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在衛星遙感設備中,隨著遙感技術的發展和對傳輸式觀測衛星遙感圖像質量要求的不斷提高,航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高,由此引起高分辨率遙感圖像數據存儲量和傳輸數據量的急劇增長,然而衛星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息,必須解決輸入數據碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數據的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。FPGA器件為實現數據壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高,體積小,通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺,經過設計輸入,仿真,測試和校驗,直到達到預期的結果,減少了開發周期。小波變換能夠適應現代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質量控制等要求,在較大壓縮比下,小波圖像壓縮質量明顯好于DCT變換,因此小波變換成為新一代壓縮標準JPEG2000的核心算法。同時,小波變換的提升算法結構簡單,能夠實現快速算法,有利于硬件實現,因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛星遙感圖像的數據流,主要研究可以對衛星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結構和FPGA設計中的關鍵技術,從邊界延拓、濾波器結構、整數小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論,并且完成了針對衛星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現。采用VerIlog語言對設計進行了仿真驗證,并將仿真結果同matlab仿真結果進行了比較,比較結果表明該方案能實現對衛星遙感圖像數據流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結果也表明,系統時鐘能夠工作在很高的頻率,可以滿足高速實時對衛星圖像的小波變換處理。
上傳時間: 2013-06-15
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小波分析經典,注重小波分析的基本理論。將一位小波理論和高維小波理論放在一起并行介紹。
上傳時間: 2013-04-24
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小波變換是一種新興的理論,是數學發展史上的重要成果。它無論對數學還是對工程應用都產生了深遠的影響。最新的靜態圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。 本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎,對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器,并引入了一個新的LS97小波。該小波系數簡單、易于硬件實現,并且與CDF97小波有很好的兼容性,可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試,結果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后,本文設計了二維離散小波變換的硬件結構。設計過程中對標準二維小波變換做了優化,即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算,這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法,提取移位加中的公共算子等方式來優化設計。對于邊界數據的處理,本文采用了嵌入式對稱延拓技術,不需要額外的緩存,節約了硬件資源。為提高硬件利用率,本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統一起來,只要一個控制信號就可實現兩者之間的轉換。本文所提出的結構采用基于行的變換方式,只需要六行中間數據即可完成全部行數據的小波變換。采用流水線技術提高了整個設計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現結構。 在完成硬件結構設計的基礎上,使用Verilog硬件描述語言對整個設計進行了完全可綜合的RTL級描述,采用同步設計,提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現,結果表明,本設計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換,可以滿足各種實時性要求。
上傳時間: 2013-07-25
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·期刊論文:小波變換在數字圖像處理中的應用
上傳時間: 2013-06-23
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· 摘要: MATLAB是一種建立在向量、數組、矩陣基礎上,面向科學和工程計算的高級語言,為科學研究和工程計算提供了一個方便有效的工具.該文簡要介紹了B樣條和B樣條小波的構成,并利用MATLAB語言編寫了繪制任意階B樣條和B樣條小波圖形的程序.
上傳時間: 2013-04-24
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·期刊論文:測井曲線的小波變換特性在自動分層中的應用
上傳時間: 2013-07-14
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·MATLAB6.5輔助小波分析與應用
上傳時間: 2013-06-03
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