DFT(Discrete Fourier Transformation)是數(shù)字信號(hào)分析與處理如圖形、語音及圖像等領(lǐng)域的重要變換工具,直接計(jì)算DFT的計(jì)算量與變換區(qū)間長(zhǎng)度N的平方成正比.當(dāng)N較大時(shí),因計(jì)算量太大,直接用DFT算法進(jìn)行譜分析和喜好的實(shí)時(shí)處理是不切實(shí)際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡(jiǎn)稱FFT)使DFT運(yùn)算效率提高1~2個(gè)數(shù)量級(jí).本文的目的就是研究如何應(yīng)用FPGA這種大規(guī)模可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)FFT的算法.本設(shè)計(jì)主要采用先進(jìn)的基-4DIT算法研制一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的FFT實(shí)時(shí)硬件處理器.在FFT實(shí)時(shí)硬件處理器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中,利用遞歸結(jié)構(gòu)以及成組浮點(diǎn)制運(yùn)算方式,解決了蝶形計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)操作協(xié)調(diào)一致問題.合理地解決了位增長(zhǎng)問題.同時(shí),采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部?jī)?nèi)置在FPGA芯片內(nèi)部,使整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以很大提高,實(shí)際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問題.本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計(jì),由于在設(shè)計(jì)中采用Xilinx公司提供的稱為Core的IP功能塊極大地提高了設(shè)計(jì)效率.
標(biāo)簽: FPGA FFT 數(shù)字處理器 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間: 2013-06-20
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在諸多行業(yè)的材料及材料制成品中,表面缺陷是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。研究具有顯微圖像實(shí)時(shí)記錄、處理和顯示功能的材料表面缺陷檢測(cè)技術(shù),對(duì)材料的分選和材料質(zhì)量的檢查及評(píng)價(jià)具有重要的意義。 本文以聚合物薄膜材料為被測(cè)對(duì)象,研究了適用于材料表面缺陷檢測(cè)的基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的缺陷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理技術(shù),可實(shí)時(shí)提供缺陷顯微圖像信息,完成了對(duì)現(xiàn)有材料缺陷檢測(cè)裝置的數(shù)字化改造與性能擴(kuò)展。本文利用FPGA并行結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了材料缺陷的實(shí)時(shí)檢測(cè)。搭建了以FPGA為核心的缺陷數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件電路;重點(diǎn)針對(duì)聚合物薄膜材料缺陷信號(hào)的數(shù)據(jù)特征,設(shè)計(jì)了基于FPGA的缺陷圖像預(yù)處理方案:首先對(duì)通過CCD獲得的聚合物薄膜材料的缺陷信號(hào)進(jìn)行處理,利用動(dòng)態(tài)閾值定位缺陷區(qū)域,將高于閾值的數(shù)據(jù)即圖像背景信息舍棄,保留低于閾值的數(shù)據(jù),即完整保留缺陷顯微圖像的有用信息;然后按照預(yù)先設(shè)計(jì)的封裝格式封裝缺陷數(shù)據(jù);最后通過USB2.0接口將封裝數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行缺陷顯微圖像重建。此方案大大減少了上傳數(shù)據(jù)量,緩解了上位機(jī)的壓力,提高了整個(gè)缺陷檢測(cè)裝置的檢測(cè)速度。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模板和聚合物薄膜材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)用了基于FPGA的缺陷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理技術(shù)的CCD掃描缺陷檢測(cè)裝置可對(duì)70μm~1000μm范圍內(nèi)的缺陷進(jìn)行有效檢測(cè),實(shí)時(shí)重建的缺陷顯微圖像與實(shí)際缺陷在形狀和灰度上都有很好的一致性。
標(biāo)簽: CCD 缺陷檢測(cè) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 處理技術(shù)
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域,目前,常用的頻率合成技術(shù)有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法,是頻率合成的一次革命。全數(shù)字化的DDS技術(shù)由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。隨著數(shù)字集成電路、微電子技術(shù)和EDA技術(shù)的深入研究,DDS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 DDS是把一系列數(shù)字量化形式的信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號(hào)的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲(chǔ)器作查尋表,然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個(gè)典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括以下三個(gè)部分:相位累加器可以時(shí)鐘的控制下完成相位的累加;相位一幅度碼轉(zhuǎn)換電路一般由ROM實(shí)現(xiàn);D/A轉(zhuǎn)換電路,將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)設(shè)計(jì)靈活、速度快,在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實(shí)現(xiàn)一個(gè)DDS系統(tǒng),該DDS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以FPGA為核心實(shí)現(xiàn)的,使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發(fā)展,闡述了基于FPGA實(shí)現(xiàn)DDS技術(shù)的意義;然后介紹了DDS的基本理論;接著介紹了FPGA的基礎(chǔ)知識(shí)如結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、開發(fā)流程、使用工具等;隨后介紹了利用FPGA實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成(DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法等。重點(diǎn)介紹DDS技術(shù)在FPGA中的實(shí)現(xiàn)方法,給出了部分VHDL源程序。采用該方法設(shè)計(jì)的DDS系統(tǒng)可以很容易地嵌入到其他系統(tǒng)中而不用外接專用DDS芯片,具有高性能、高性價(jià)比,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn);接著對(duì)輸出信號(hào)頻譜進(jìn)行了分析,特別是對(duì)信號(hào)的相位截?cái)嗾`差和幅度量化誤差進(jìn)行了詳細(xì)的討論,由此得出了改善系統(tǒng)性能的幾種方法;最后給出硬件實(shí)物照片和測(cè)試結(jié)果,并對(duì)此作了一定的分析。
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術(shù)的發(fā)展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標(biāo)清、高清、全高清。與顯示技術(shù)發(fā)展結(jié)伴而行的是顯示接口技術(shù)的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術(shù)上經(jīng)歷了一個(gè)從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長(zhǎng)和支持正版保護(hù)等功能,符合當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口之一,并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 從上世紀(jì)80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活,運(yùn)算速度快,編程方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用與IC設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個(gè)HDMI的接收顯示平臺(tái)。針對(duì)HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn),使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號(hào)的輸入和輸出緩沖。在硬件板級(jí)設(shè)計(jì)上,針對(duì)HDMI和DDR2的相關(guān)高速電路,采用了一系列的高速電路設(shè)計(jì)方法,有效的避免了信號(hào)的反射,串?dāng)_等不良現(xiàn)象。同時(shí)在對(duì)HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時(shí)序規(guī)范的深入研究的基礎(chǔ)上,在ALTERA的開發(fā)平臺(tái)QUARTUSII上編寫了系統(tǒng)的頂層模塊和相關(guān)各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲(chǔ)器件DDR2的時(shí)序規(guī)范。 2、論文搭建的整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)龐大,涉及到相關(guān)的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費(fèi)了作者大量的時(shí)間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號(hào)且直接驅(qū)動(dòng)顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對(duì)高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價(jià)值。
標(biāo)簽: FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-06-22
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對(duì)弓網(wǎng)故障的檢測(cè)在列車提速的今天顯得尤其重要,原始故障圖像數(shù)據(jù)量的巨大使實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復(fù)雜度、高壓縮比的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)在多媒體、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。和相同圖像質(zhì)量的其它常用文件格式(如GIF,TIFF,PCX)相比,JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設(shè)計(jì)靈活、高速的卓越特性,逐漸成為許多應(yīng)用中首先器件,尤其是與Verilog和VHDL等語言的結(jié)合,大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,加速了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)程。 本文旨在研究并實(shí)現(xiàn)一種實(shí)時(shí)采集并對(duì)特定幀進(jìn)行壓縮傳輸?shù)姆椒āMㄟ^采用可編程邏輯器件FPGA來實(shí)現(xiàn)整個(gè)采集、顯示、壓縮和傳輸,使系統(tǒng)具有可定制、高速度等優(yōu)點(diǎn)。 本文首先介紹了開發(fā)硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發(fā)語言Veridlog,并介紹了FPGA的設(shè)計(jì)方法及開發(fā)流程;接著介紹了PAL制視頻采集的相關(guān)知識(shí)及設(shè)計(jì),其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數(shù)字化ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)介紹及視頻同步信號(hào)的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲(chǔ)、VGA顯示控制設(shè)計(jì);隨后介紹了JPEG標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)故障檢測(cè)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了針對(duì)灰度圖像壓縮的JPEG編碼器,設(shè)計(jì)中先分別對(duì)組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數(shù)的差分脈沖編碼模塊、交流系數(shù)的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進(jìn)行了仿真測(cè)試,然后再對(duì)整個(gè)JPEG編碼器進(jìn)行了測(cè)試;最后設(shè)計(jì)了單幀視頻的SRAM緩存,并將緩存的源圖像采用本文設(shè)計(jì)的JPEG編碼器進(jìn)行壓縮,再設(shè)計(jì)一個(gè)僅包含發(fā)送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸?shù)絇C機(jī),在PC機(jī)上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實(shí)現(xiàn)了整個(gè)采集壓縮系統(tǒng),同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對(duì)弓網(wǎng)故障的圖像檢測(cè),還是對(duì)于JPEG編碼器的芯片設(shè)計(jì)都有一定的參考價(jià)值。
標(biāo)簽: FPGA JPEG 壓縮系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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數(shù)字語音通信是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、普及面最廣的業(yè)務(wù)。語音信號(hào)壓縮編碼是數(shù)字語音信號(hào)處理的一個(gè)方面,它和通信領(lǐng)域聯(lián)系最為密切。在現(xiàn)有的語音編碼中,美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(MELP—Mixed Excited Linear Prediction)算法在2.4kb/s的碼率下取得了較好的語音質(zhì)量,具有廣闊的應(yīng)用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺(tái)在數(shù)字信號(hào)處理和通信領(lǐng)域具有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA一般都內(nèi)嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理可以很好地解決并行性和速度問題,而且其靈活的可配置特性,使得FPGA構(gòu)成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測(cè)試及硬件升級(jí)。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)聲碼器的研究與設(shè)計(jì)。首先介紹了語音編碼研究的發(fā)展?fàn)顩r以及低速率語音編碼研究的意義,接著在對(duì)MELP算法進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實(shí)現(xiàn)過程,最后本文把重點(diǎn)放在MELP聲碼器的編解碼器設(shè)計(jì)上,利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設(shè)計(jì)了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預(yù)測(cè)分析等關(guān)鍵模塊。 在Simulink環(huán)境下運(yùn)用SignalCompiler對(duì)編解碼系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真,為了便于仿真,系統(tǒng)中沒有設(shè)計(jì)的模塊在Simulink中用數(shù)學(xué)模型代替,仿真結(jié)果表明,合成語音信號(hào)與原始信號(hào)很好的擬合,系統(tǒng)編解碼后語音質(zhì)量基本良好。
上傳時(shí)間: 2013-06-02
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信號(hào)發(fā)生器是控制系統(tǒng)的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調(diào)參數(shù)的數(shù)字量信號(hào)發(fā)生器,對(duì)于促進(jìn)我國(guó)航空、航天、國(guó)防以及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的發(fā)展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機(jī)碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為中心,對(duì)擴(kuò)頻通信的基本理論、信號(hào)源的結(jié)構(gòu)、載波調(diào)制等問題進(jìn)行了深入的分析和研究,并給出了模塊的硬件實(shí)現(xiàn)方案。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)設(shè)計(jì)靈活、速度快,在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。論文介紹了FPGA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,包括VHDL語言的基本語法結(jié)構(gòu)和FPGA器件的開發(fā)設(shè)計(jì)流程等等。詳細(xì)地分析了各類頻率合成器的基礎(chǔ)上提出采用直接數(shù)字式頻率合成原理(DDS)實(shí)現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩(wěn)定度的信號(hào)源。研究了測(cè)距偽隨機(jī)碼的原理,確定選用移位序列作為系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼序列,并選取了符合本系統(tǒng)使用的移位序列擴(kuò)頻碼。分別給出并分析了相應(yīng)的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)電路。 對(duì)于載波調(diào)制這一關(guān)鍵技術(shù),提出了采用二進(jìn)制相移鍵控相位選擇法并相應(yīng)作了硬件實(shí)現(xiàn)。最后給出具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了的信號(hào)發(fā)生器的輸出波形。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器滿足要求,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、重量輕、體積小,具有良好的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽: FPGA 擴(kuò)頻 模擬信號(hào)源
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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在視頻傳輸系統(tǒng)中,最大障礙是視頻數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)量傳輸。故壓縮就顯得尤為必要。MJPEG是以25幀每秒傳輸?shù)腏PEG圖像。本文根據(jù)JPEG基本壓縮模式,通過前端圖像采集芯片輸出標(biāo)準(zhǔn)的4:2:2格式的圖像流,在XILINX公司的SPARTAN IIE芯片下壓縮,獲得了良好效果,壓縮比達(dá)到10:1。中間的各個(gè)環(huán)節(jié)同MATLAB下同等壓縮相比,除了精度上有點(diǎn)差別外,基本一致。同專用芯片相比,比專用芯片靈活得多,F(xiàn)PGA內(nèi)部全部是可編程,燒寫不同的程序便可實(shí)現(xiàn)不同的壓縮。同DSP相比,壓縮時(shí)間極大的提高,同周霖的“基于DSP技術(shù)的靜態(tài)圖像壓縮編碼”一文中編碼所需的時(shí)間進(jìn)行比較(DCT變換消耗4224個(gè)指令,量化Z排序耗960指令,huffman編碼至少耗1400指令),假設(shè)令其采用6000系列DSP,指令周期為6ns,運(yùn)算速度為1336MIPS。壓縮一個(gè)8*8DCT塊,采用高檔的DSP,消耗39tJs,而采用27M的FPGA只需6us,若采用FPGA內(nèi)部自帶的DLL將時(shí)鐘倍頻到54M,則只需要3us.本設(shè)計(jì)同傳統(tǒng)的壓縮實(shí)現(xiàn)方式相比,在速度和靈活性上有了極大的提高。
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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圖像采集是數(shù)字化圖像處理的第一步,開發(fā)圖像采集平臺(tái)是視覺系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。視覺檢測(cè)的速度是視覺檢測(cè)要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是專用圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要完成的首要目標(biāo)
標(biāo)簽: 高速圖像采集
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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遙感圖像在人類生活和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,適合各種要求的遙感圖像編碼技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于小波變換的內(nèi)嵌編碼技術(shù)已成為當(dāng)前靜止圖像編碼領(lǐng)域的主流,其中就包括基于分層樹集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees,SPIHT)的內(nèi)嵌編碼算法。這種算法具有碼流可隨機(jī)獲取以及良好的恢復(fù)圖像質(zhì)量等特性,因此成為實(shí)際應(yīng)用中首選算法。隨著對(duì)圖像編碼技術(shù)需求的不斷增長(zhǎng),尤其是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域如衛(wèi)星偵察等方面,這種編碼算法亟待轉(zhuǎn)換為可應(yīng)用的硬件編碼器。 在靜止圖像編碼領(lǐng)域,高性能的圖像編碼器設(shè)計(jì)一直是相關(guān)研究人員不懈追求的目標(biāo)。本文針對(duì)靜止圖像編碼器的設(shè)計(jì)作了深入研究,并致力于高性能的圖像編碼算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的研究,提出了具有創(chuàng)新性的降低計(jì)算量、存儲(chǔ)量,提高壓縮性能的算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),并成功應(yīng)用于圖像編碼硬件系統(tǒng)中。這個(gè)方案還支持壓縮比在線可調(diào),即在不改變硬件框架的條件下可按用戶要求實(shí)現(xiàn)16倍到2倍的壓縮,以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。本文所做的工作包括了兩個(gè)部分。 1.一種基于行的實(shí)時(shí)提升小波變換實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu):該結(jié)構(gòu)同時(shí)處理行變換和列變換,并且在圖像邊界采用對(duì)稱擴(kuò)展輸出邊界數(shù)據(jù),使得圖像小波變換時(shí)間與傳統(tǒng)的小波變換相比提高了將近2.6倍,提高了硬件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。該結(jié)構(gòu)還合理地利用和調(diào)度內(nèi)部緩沖器,不需要外部緩沖器,大大降低了硬件系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的要求。 2.一種采用左遍歷的比特平面并行SPIHT編碼結(jié)構(gòu):在該編碼結(jié)構(gòu)中,空間定位生成樹采用深度優(yōu)先遍歷方式,比特平面同時(shí)處理極大地提高了編碼速度。
上傳時(shí)間: 2013-06-17
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