提升小波变换的FPGA设计与实现

根据1996年Sweldens等人提出的提升小波变换方法,设计了一种有效的JPEG2000 CDF(2,2)整数小波变换的VL-SI实现结构,并对小波系数的变化范围进行了分析.用VHDL对该结构进行基于FPGA实现的可综合描述,并用EDA软件进行了仿真和综合,硬件仿真结果和软件Matlab实现结果完全一致.     

高性能低存储的2维离散小波变换架构

针对JPEG2000中的5/3小波和9/7小波存在的高存储问题,通过改进离散小波变换(DWT)的提升算法,提出了一种统一的高性能、低存储的2维离散小波变换架构.采用该算法实现的2维离散小波变换架构不仅省去了行列模块间的转置缓存,而且减小了片内缓存的大小.对于N×N大小的图像(N为图像宽度)进行5/32维DWT仅需要2N大小的片内缓存,进行9/7 2维DWT仅需要4N大小的片内缓存,而且通过采用流水线技术还可将关键路径缩短为一个乘法器的延时.和已有的2维DWT架构相比,该统一架构具有更低的片内存储器需求和更高的性能.该架构经Verilog HDL描述,并在ModelSim中验证正确.在Ahera Stratix Ⅱ FPGA EP2S60F1024C4中综合的结果显示,对于1 024×1 024大小的图像,需要1 284个ALUT,片内存储器的大小为4 K,最高频率可达172.56 MHz.     

适于硬件实现的二维小波提升结构的优化设计

在提升算法的基础上,设计了一种有效利用存储器资源的二维小波提升结构,此结构是根据奇数长度对称滤波器的特点简化得到的,使用它一次只需缓存六行数据就可以做完垂直提升生成一个垂直低通行和一个垂直高通行,再做水平方向的提升就生成了LL,HL,LH和HH四个子带行。这种结构可以大大减少存储器的消耗。另外本文又采用一种避免内存碎片产生的存储器申请算法,即先集中登记需要使用的内存总量,再统一分配一块连续地址的空间。     

Discrete Wavelet Transform on Consumer-Level Graphics Hardware

Discrete wavelet transform (DWT) has been heavily studied and developed in various scientific and engineering fields. Its multiresolution and locality nature facilitates applications requiring progressiveness and capturing high-frequency details. However, when dealing with enormous data volume, its performance may drastically reduce. On the other hand, with the recent advances in consumer-level graphics hardware, personal computers nowadays usually equip with a graphics processing unit (GPU) based graphics accelerator which offers SIMD-based parallel processing power. This paper presents a SIMD algorithm that performs the convolution-based DWT completely on a GPU, which brings us significant performance gain on a normal PC without extra cost. Although the forward and inverse wavelet transforms are mathematically different, the proposed algorithm unifies them to an almost identical process that can be efficiently implemented on GPU. Different wavelet kernels and boundary extension schemes can be easily incorporated by simply modifying input parameters. To demonstrate its applicability and performance, we apply it to wavelet-based geometric design, stylized image processing, texture-illuminance decoupling, and JPEG2000 image encoding     

图像小波分解的FPGA实现

小波分析作为信号处理领域中的一种重要方法,在信号处理、模式分析和图像处理等方面得到了广泛的应用。然而小波变换巨大的运算量却使得它在实时处理领域中的应用受到了限制。本文根据离散小波变换的Mallat算法,提出了一种EPGA实现高速小波分解的方法,设计出的小波变换模块结构清晰而且规则,易于级联,可实现多级变换。同时,,运算精度和处理速度均满足实时图像处理的要求。     

离散小波变换的VLSI架构

这篇论文对小波变换技术及其VLSI实现架构进行了回顾与总结。重点讨论了离散小波变换及其快速算法——Mallat算法。然后对该算法的几种典型VLSI实现架构进行了讨论和比较，并对未来的工作给出了建议。     

一种新的有效的小波变换VLSI结构

基于提升的小波变换算法,提出了一种新的功率面积有效的5—3和9—7小波变换的VLSI实现结构。采用时分复用和嵌入式并行流水线技术优化设计结构,有效地减少了所用乘法器、加法器运算单元和寄存器单元数量,以及对存储器的访问次数,从而有效地减少系统占用面积和功耗。系统实现了每一个时钟产生一个输出,输入信号的细节分量和近似分量交替输出。该结构具有简单、规则,以及扩展性好的特点,非常适合于VLSI设计实现。     

JPEG2000中DWT的结构优化

详细分析了JPEG2000标准提升算法,对标准提升算法进行了改进。对小波系数进行翻转处理,并采用CSD编码,用移位加操作实现常系数乘法器,并对舍入误差进行了分析。将提升步骤进行合并,整个结构采用流水线模式。提出了一种有效的并行VLSI结构,提高了处理速度,增加了硬件资源利用率。     

基于离散小波变换的Overcomplete ICA并行结构

本文利用离散小波变换提出了一种过完备独立成分分析（Overcomplete ICA）的禀性结构,它是一个由两个子Overcomplete ICA过程组成的混合系统。其中一个过程将高频的小渡部分作为输入,另一个过程将低频的部分作为输入。这两个过程的输出结果最后被合并为最终的结果。对比现有的Overcomplete ICA算法,本文提出的方法利用了全部的观测信息,而两个子过程的有效输入长度仅为原来的一半。因此,本文提出了一种处理Overcomplete ICA问题的新途径。文中的实验数据显示,通过此方法可以成功地分离混合的声音数据。     

5/3提升小波变换的仿真与FPGA实现

介绍了5／3提升小波变换相对于传统小波变换的优点,设计了一种基于FPGA技术的图像小波变换方法。相对于传统的小坡变换,提升算法不依赖于傅立叶变换,降低了运算复杂度,非常适合硬件实现。采用基于Matlab和Simulmk的设计工具DSP Builder,设计5／3提升小波变换Model,并在Quartus Ⅱ工具下进行综合、仿真和下载,在Altera CycloneⅡ系列FPGA（型号为EP2C35F484C8）上实现了5／3提升小波变换的功能。     

用于图象压缩的小波变换电路研究

小波变换已经被新一代图象压缩国际标准JPEG2000所采用.如何有效地实现小波变换电路是影响其推广应用的关键技术之一.本文提出一种通用型基于提升滤波和分时处理的流水线式电路结构,它可以用较少的运怂算电路实现小波变换.其中,在图象块的边界处理上,设计了一种简捷的延时、选通结构.对于JPEG2000无损压缩选用的(5,3)小波变换,本文在FPGA电路平台上进行了实验,实现了无损变换.     

二维提升小波变换的FPGA结构设计

根据提升小波的框架结构，提出了一种基于JEPG2000的二维多级提升小波变换核的FPGA设计。 采用分时复用和流水结构，充分利用FPGA片内存储资源，实现了行列变换的并行执行。在保证精度的前提下采用优化的移位加操作代替浮点乘运算，加快了运算速率，减小了电路规模。同时通过乒乓操作完成FPGA和片外SDRAM间数据的无缝缓冲处理，保证了多级变换的高效实时并行，从而达到各级小波系数的快速并行输出。系统经验证完全满足图像实时处理的要求，为后续实时压缩编码和传输提供了有利条件。     

基于小波变换的视频帧积分算法研究

本文研究了基于小波变换的图像帧积分技术及其在图像增强处理中的作用。帧积分技术可以有效改变视频图像质量,但传统的帧积分技术不可避免地会使图像发生饱和失真的情况。本文针对传统帧积分的缺陷,提出了利用小波变换后各尺度信息存在互补性的技术进行帧积分的思路。     

基于软硬件的协同支持在众核上对1-DFFT算法的优化研究

随着高性能计算需求的日益增加,片上众核(many-core)处理器成为未来处理器架构的发展方向.快速傅立叶变换(FFT)作为高性能计算中的重要应用,对计算能力和通信带宽都有较高的要求.因此基于众核处理器平台,实现高效、可扩展的FFT算法是算法和体系结构设计者共同面临的挑战.文中在众核处理器Godson-T平台上对1-D FFT算法进行了优化和评估,在节省几乎三分之一L2 Cache存储开销的情况下,通过隐藏矩阵转置,计算与通信重叠等优化策略,使得优化后的1-D FFT算法达到3倍以上的性能提升.并通过片上网络拥塞状况的实验分析,发现对于像FFT这样访存带宽受限的应用,增加L2 Cache的访问带宽,可以缓解因为爆发式读写带给片上网络和L2 Cache的压力,进一步提高程序的性能和扩展性.     

基于二维提升小波变换的图像融合

将图像进行提升小波变换,分别对高低频采用不同的融合方法,得到融合后图像。并引入信息熵、相关系数和清晰度等性能指标对融合后的图像进行分析。实验结果表明,此提升方法在融合图像质量上优于传统小波变换。     

基于二维提升小波变换的图像融合

将图像进行提升小波变换,分别对高低频采用不同的融合方法,得到融合后图像。并引入信息熵、相关系数和清晰度等性能指标对融合后的图像进行分析。实验结果表明,此提升方法在融合图像质量上优于传统小波变换。     

Watermarking Digital 3-D Volumes in the Discrete Fourier Transform Domain

In this paper, a robust blind watermarking method for 3-D volumes is presented. A bivalued watermark is embedded in the Fourier transform magnitude of the 3-D volume. The Fourier domain has been selected because of its scaling and rotation invariance. Furthermore, in order to decrease the detection time, a special symmetry of the watermark is exploited. The proposed method is proven to be resistant to 3-D lowpass filtering, noise addition, scaling, translation, cropping and rotation. Experimental results prove the robustness of this method against the above-mentioned attacks.     

Implementing the 2-D Wavelet Transform on SIMD-Enhanced General-Purpose Processors

The 2-D Discrete Wavelet Transform (DWT) consumes up to 68% of the JPEG2000 encoding time. In this paper, we develop efficient implementations of this important kernel on general-purpose processors (GPPs), in particular the Pentium 4 (P4). Efficient implementations of the 2-D DWT on the P4 must address three issues. First, the P4 suffers from a problem known as 64K aliasing, which can degrade performance by an order of magnitude. We propose two techniques to avoid 64K aliasing which improve performance by a factor of up to 4.20. Second, a straightforward implementation of vertical filtering incurs many cache misses. Cache performance can be improved by applying loop interchange, but there will still be many conflict misses if the filter length exceeds the cache associativity. Two methods are proposed to reduce the number of conflict misses which provide an additional performance improvement of up to 1.24. To show that these methods are general, results for the P3 and Opteron are also provided. Third, efficient implementations of the 2-D DWT must exploit the SIMD instructions supported by most GPPs, including the P4, and we present MMX and SSE implementations of horizontal and vertical filtering which provide a maximum speedup of 3.39 and 6.72, respectively.     

基于离散小波变换的QR二维条码防伪技术

基于数字水印的快速响应矩阵（QR）二维条码防伪技术的水印容量低、防伪效果差。为解决该问题,提出QR码二值图像Rand灰度化和背景图灰度化方法,以提高防伪水印容量。QR码二值图像灰度化的程度由灰度化阈值决定,并且可以根据实际应用需要灵活确定。在此基础上,设计基于离散小波变换的QR二维条码防伪水印方案,通过量化函数实现水印的嵌入和检测,利用混沌密钥生成的二维混沌序列控制水印嵌入和检测的位置。实验结果表明,该方案在确保条码信息可识别的条件下,提高了QR码防伪水印的性能。     

离散栅格Gabor小波变换的尺度参数取值方法

在工程分析中应用离散化的小波变换，通常是在尺度方向上按以2为底的幂级数对尺度参数α进行离散化来得到离散栅格下的小波变换，但实际分析时则往往需要加大尺度方向的栅格密度，以获得细致的分析，而现行的增加密度的方法都具有一定的任意性，为了解决实际工程应用中离散栅格小波变换分析尺度增加密度的不确定性问题，根据小波基在空／时-频平面上的能量分布特性，通过理论推导计算验证，提出了小波变换分析尺度参数取值的理论方法以及尺度参数α的离散化理论取值公式α=1．15^nα0，同时以3维形貌测量轮廓术为基础，以Gabor解析小波的尺度参数取值为例展开了讨论计算，并给出了Gabor解析小波尺度参数选取的理论公式。从计算机模拟和实验结果可见，该方法根据中心频率对尺度参数α进行取值，能够较好地解决各尺度小波之间的频谱拉距以及混叠现象所造成测量误差。