基于fpga的多級復用小波變換器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于FPGA的多級復用小波變換器,主要解決現有技術資源浪費的問題。該小波變換器包括第一級行變換器、第一級列變換器、時分復用行變換器、時分復用列變換器、小波系數分離器和中間緩存器。第一級行變換器用于進行第一級行變換；第一級列變換器用于進行第一級列變換；時分復用行變換器用于進行行時分復用，分別進行第二、第三、第四級行變換；時分復用列變換器用于進行列時分復用，分別進行第二、第三、第四級列變換；小波系數分離器用于對第一、第二、第三、第四級的小波系數分別進行分離；中間緩存器用于緩存各級列變換的中間數據和第二、第三級的低頻子帶系數。本發明具有資源利用率高的優點，可用于圖像壓縮編碼。
【專利說明】基于FPGA的多級復用小波變換器
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子電路【技術領域】，特別涉及一種基于FPGA的多級復用小波變換器，可用于圖像壓縮編碼中的小波變換。
【背景技術】
[0002]隨著現代空間技術的不斷發展，遙感圖像數據海量增長，給存儲和傳輸帶來了極大的困難，因而進行有效實時的數據壓縮顯得特別迫切和重要。目前較為流行的靜態圖像壓縮標準是聯合圖像專家小組(Joint Photographic Experts Group)提出的JPEG標準，其采用的變換方法是離散余弦變換DCT，由于DCT是基于圖像塊進行變換的，所以低碼率圖像不可避免的會出現明顯的馬賽克現象。而小波變換理論作為數字圖像變換方法的引入，給圖像編碼技術帶來了新的契機。小波變換技術在20世紀90年代受到了各領域學者的高度重視并得到了廣泛的應用，其中包括圖像壓縮領域。小波變換的優點是:可以將圖像信號分解成不同的空間分辨率、不同頻率和具有方向性的子圖像信號，這便于在失真編碼中考慮帶寬和人的視覺特性，實現漸進式編碼；小波變換作用于圖像的整體，在有效去除圖像的全局相關性的同時，使量化誤差分散到整個圖像中，可以有效避免JPEG編碼方法帶來的“馬賽克”方塊效應。所有這些優勢使其成為一種極有前途的編碼方法，使其為圖像編碼技術的發展注入了巨大的活力。
[0003]小波變換是對圖像數據進行去相關性，常用的小波變換有兩種:
[0004]一是9/7小波變換，用于有損壓縮，需要進行四步提升，公式I)為9/7小波變換的
四步提升計算公式:
[0005]
【權利要求】
1.一種基于FPGA的多級復用小波變換器，包括: 第一級行變換器(I)，用于對輸入的原始圖像數據進行第一級行變換； 第一級列變換器(2)，用于對第一級行變換系數R1進行列變換，完成對第一級列變換所需中間數據在中間緩存器(6)中的存取； 小波系數分離器(5)，用于對第一、第二、第三、第四級的小波系數Q、C2, C3, C4分別進行分離，得到每一級的低頻子帶系數LL、水平子帶系數HL、垂直子帶系數LH和對角子帶系數HH; 所述中間緩存器(6)，用于緩存各級列變換的中間數據，緩存第二和第三級的低頻子帶系數LL2和LL3 ； 其特征在于:還包括: 時分復用行變換器(3)，用于進行行時分復用，即分別對小波系數分離器(5)分離出的第一、第二、第三級的低頻子帶系數LU、LL2、LL3進行第二、第三、第四級行變換，得到第二、第三、第四級行變換系數R2、R3、R4，并將其輸出到時分復用列變換器⑷； 時分復用列變換器(4)，用于進行列時分復用，即分別對第二、第三、第四級行變換系數民、&和1?4進行列變換，完成對第二、第三、第四級列變換所需中間數據在中間緩存器(6)中的存取，并將經第二、第三、第四級列變換得到的第二、第三、第四級的小波系數C2、C3和C4輸出到小波系數分離器(5)。
2.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的第一級行變換器(I)，包括:第一級變換行提升控制器(11)和四個結構相同的行提升器IT1UT2UT3UT4 ； 所述第一級變換行提升控制器(11)，用于產生四個行提升器IT4的控制信號; 所述四個行提升器IT1UT2UT3和IT4，用于對輸入的原始圖像數據進行9/7小波的四步提升計算和邊界拓展運算，得到第一級行變換系數札。
3.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的第一級行變換器(1)，包括:第一級變換行提升控制器(11)和兩個結構相同的行提升器IS1US2 ； 所述第一級變換行提升控制器(11)，用于產生兩個行提升器IS1和IS2的控制信號； 所述兩個行提升器IS1和IS2，用于對輸入的原始圖像數據進行5/3小波的兩步提升計算和邊界拓展運算，得到第一級行變換系數凡。
4.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的第一級列變換器(2)，包括:第一級變換列提升控制器(21)，四個結構相同的列提升器21'1、21'2、21'3、21'4和第一級讀寫緩存控制器(22)； 所述第一級變換列提升控制器(21)，用于產生第一級列變換中四步提升計算所需的控制信號； 所述四個列提升器2I\、2T2、2T3和2T4，用于對第一級行變換系數R1進行9/7小波的四步提升計算和邊界拓展運算； 所述第一級讀寫緩存控制器(22)，用于控制第一級列變換中計算得到的中間數據在中間緩存器(5)中的存取。
5.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的第一級列變換器(2)，包括:第一級變換列提升控制器(21)，兩個結構相同的列提升器2Sp2S2和第一級讀寫緩存控制器(22)； 所述第一級變換列提升控制器(21)，用于產生第一級列變換中兩步提升計算所需的控制信號； 所述兩個列提升器2Si和2S2，用于對第一級行變換系數R1進行5/3小波的兩步提升計算和邊界拓展運算； 所述第一級讀寫緩存控制器(22)，用于控制第一級列變換中計算得到的中間數據在中間緩存器(6)中的存取。
6.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的時分復用行變換器(3)，包括:行變換復用選擇器(31)，多級變換行提升控制器(32)，四個結構相同的行提升器31\、31'2、31'3、31'4和二三四級數據分離器(33)； 所述行變換復用選擇器(31)，用于從第一、第二、第三級低頻子帶系數LU、LL2和LL3中選擇任一級的低頻子帶系數作為當前級的上一級低頻子帶系數，進行當前時刻的行變換并完成第二和第三級的低頻子帶系數LL2和LL3在中間緩存器中(6)的存取； 所述多級變換行提升控制器(32)，用于產生四個行提升器31'1、31'2、31'3和3T4的控制信號; 所述四個行提升器3I\、3T2、3T3和3T4，用于將當前級的上一級低頻子帶系數進行9/7小波的四步提升計算和邊界 拓展運算，得到的當前級的行變換系數； 所述二三四級數據分離器(33)，用于將四個行提升器3I\、3T2、3T3和3T4計算得到的行變換系數按級分離，得到第二、第三、第四級行變換系數R2、R3和r4。
7.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的時分復用行變換器(3)，包括:行變換復用選擇器(31)，多級變換行提升控制器(32)，兩個結構相同的行提升器3Sp3S2和二三四級數據分離器(33)； 所述行變換復用選擇器(31)，用于從第一、第二、第三級低頻子帶系數LLpLL2和LL3中選擇任一級的低頻子帶系數作為當前級的上一級低頻子帶系數，進行當前時刻的行變換并完成第二和第三級的低頻子帶系數LL2和LL3在中間緩存器(6)中的存取； 所述多級變換行提升控制器(32)，用于產生兩個行提升器SS1和3S2的控制信號；所述兩個行提升器SS1和3S2，用于將當前級的上一級低頻子帶系數進行5/3小波的兩步提升計算和邊界拓展運算，得到的當前級的行變換系數； 所述二三四級數據分離器(33)，用于將兩個行提升器SS1和3S2計算得到的行變換系數按級分離，得到第二、第三、第四級行變換系數R2、R3和R4。
8.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的時分復用列變換器(4)，包括:列變換復用選擇器(41)，多級變換列提升控制器(42)，四個結構相同的列提升器41\、4T2、4T3、4T4，二三四級輸出分離器(43)，讀寫緩存控制器(44)； 所述列變換復用選擇器(41)，用于從二、第三、第四級行變換系數R2、R3和R4中選擇任一級的行變換系數作為當前級的行變換系數，進行當前時刻的列變換，并將當前級需緩存的數據輸出到讀寫緩存器(44)； 所述多級變換列提升控制器(42)，用于產生當前級列變換各步提升所需的控制信號；所述四個列提升器4I\、4T2、4T3和4T4，用于將當前級的行變換系數進行9/7小波的四步提升計算和邊界拓展運算，得到當前級的中間數據和當前級小波系數；所述二三四級輸出分離器(43)，用于將四個列提升器41'1、41'2、41'3和4T4計算得到的小波系數按級分離，得到第二、第三、第四級的小波系數C2、C3和C4; 所述讀寫緩存控制器(44)，用于控制第二、第三、第四級列變換的中間數據在中間緩存器(6)的讀寫操作。
9.根據權利要求1所述的小波變換器，其特征在于所述的時分復用列變換器，包括:列變換復用選擇器(41)，多級變換列提升控制器(42)，兩個結構相同的列提升器4Sp4S2，二三四級輸出分離器(43)，讀寫緩存控制器(44)； 所述列變換復用選擇器(41)，用于從二、第三、第四級行變換系數R2、R3和R4中選擇任一級的行變換系數作為當前級的行變換系數，進行當前時刻的列變換，并將當前級需緩存的數據輸出到讀寫緩存器(44)； 所述多級變換列提升控制器(42)，用于產生當前級列變換各步提升所需的控制信號；所述兩個列提升器和4S2，用于將當前級的行變換系數進行5/3小波的兩步提升計算和邊界拓展運算，得到當前級的中間數據和當前級小波系數； 所述二三四級輸出分離器(43)，用于將兩個列提升器4Si和4S2計算得到的小波系數按級分離，得到第二、第三、第四級的小波系數C2、C3和C4; 所述讀寫緩存控制器(44)，用于控制第二、第三、第四級列變換的中間數據在中間緩存器(6)的讀寫操作。·
【文檔編號】H04N19/00GK103533357SQ201310476968
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月13日 優先權日:2013年10月13日
【發明者】雷杰, 李云松, 李雙十, 葉繁, 郭杰, 張皓, 呂寶剛 申請人:西安電子科技大學