[發明專利]一種二維離散小波變換的硬件架構

有效

• 申請號: 201110448440.X
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102572429A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 曹鵬;王超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/30
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明屬于圖像數據處理技術領域，涉及超大規模集成電路，為一種二維離散小波變換的硬件架構。

背景技術

離散小波變換以其優異的時頻局部特性和良好的去相關能力，作為多分辨率分析的有效工具，在信號處理和視頻壓縮等領域獲得了廣泛的應用。作為JPEG2000靜態圖像編碼標準的核心編碼算法，二維離散小波變換算法復雜、計算密集、需要較大的緩存空間存儲二維圖像的中間結果。為了滿足實時處理的需要，設計高效的二維離散小波變換的硬件架構具有重要意義。提高系統性能和減少硬件開銷成為二維離散小波變換架構優化設計的主要考慮因素。

目前離散小波變換的算法主要可分為兩種：一種是卷積小波，采用濾波器組實現，一種是提升小波，通過將濾波器的多相矩陣分解為多個提升步驟實現。采用后者實現離散小波變換具有計算量小、支持原位計算等優點，從而可以減少硬件實現中所需的乘法器和加法器的個數，減小存儲器的大小，因此，JPEG2000靜態圖像標準即采用了提升小波作為二維離散小波變換的算法。但是，采用提升小波算法實現的硬件架構導致了關鍵路徑中過長，從而影響了系統的性能，對此，C.-T.Huang等在Flipping?structure：an?efficient?VLSI?architecture?for?lifting-based?discrete?wavelet?transform[J].IEEE?Transactions?on?Signal?Processing，2004，4(52)：1080-1089中提出了一種基于翻轉的提升小波，能夠有效的縮短系統關鍵路徑。本發明提出的二維離散小波變換的架構即基于該算法導出。

在以往的文獻中，研究者提出了多種可應用于JPEG2000圖像編碼標準的二維離散小波變換的硬件架構。C.-T.Huang等的論文″Generic?RAM-based?architectures?for?two-dimensional?discrete?wavelet?transform?with?line-based?method″，IEEE?Transactions?on?Circuits?and?Systems?for?Video?Technology，vol.15，no.7，pp.910-920，2005采用兩個一維離散小波模塊分別進行行變換和列變換，減小了片內存儲器面積，但是沒有對一維離散小波模塊進行進一步的優化，從而影響了系統性能的提高；H.Liao等的論文″Efficient?architectures?for?1-d?and?2-d?lifting-based?wavelet?transforms″，IEEE?Transactions?on?Signal?Processing，vol.52，no.5，pp.1315-1326，2004采用遞歸金字塔結構進行多級二維離散小波變換的運算，提高了硬件利用率，但是增加了控制的復雜度，同時也沒有對一維離散小波變換模塊進行有效的優化；B.-F.Wu等的論文″A?high-performance?and?memory-efficient?pipeline?architecture?for?the?5/3?and?9/7?discrete?wavelet?transform?of?jpeg2000?codec″，IEEE?Transactions?on?Circuits?and?Systems?for?Video?Technology，vol.15，no.12，pp.1615-1628，2005采用了改進的提升算法實現一維離散小波變換，縮短了系統的關鍵路徑，減小了片內存儲器面積，但是仍然存在所需的流水線寄存器和運算單元較多的缺點。

發明內容

本發明要解決的問題是：現有應用于JPEG2000圖像編碼標準的二維離散小波變換的硬件架構控制復雜，所需的流水線寄存器和運算單元較多。

本發明的技術方案為：一種二維離散小波變換的硬件架構，包括一維離散小波變換行模塊、轉置模塊、一維離散小波變換列模塊和縮放模塊，所述四個模塊依次串聯連接，圖像數據輸入一維離散小波變換行模塊的輸入端，縮放模塊輸出二維離散小波變換的分解結果，所述一維離散小波變換行模塊由行處理單元級聯組成，一維離散小波變換列模塊由列處理單元級聯組成。