[发明专利]一种二维离散小波变换的硬件架构

说明书

技术领域

本发明属于图像数据处理技术领域，涉及超大规模集成电路，为一种二维离散小波变换的硬件架构。

背景技术

离散小波变换以其优异的时频局部特性和良好的去相关能力，作为多分辨率分析的有效工具，在信号处理和视频压缩等领域获得了广泛的应用。作为JPEG2000静态图像编码标准的核心编码算法，二维离散小波变换算法复杂、计算密集、需要较大的缓存空间存储二维图像的中间结果。为了满足实时处理的需要，设计高效的二维离散小波变换的硬件架构具有重要意义。提高系统性能和减少硬件开销成为二维离散小波变换架构优化设计的主要考虑因素。

目前离散小波变换的算法主要可分为两种：一种是卷积小波，采用滤波器组实现，一种是提升小波，通过将滤波器的多相矩阵分解为多个提升步骤实现。采用后者实现离散小波变换具有计算量小、支持原位计算等优点，从而可以减少硬件实现中所需的乘法器和加法器的个数，减小存储器的大小，因此，JPEG2000静态图像标准即采用了提升小波作为二维离散小波变换的算法。但是，采用提升小波算法实现的硬件架构导致了关键路径中过长，从而影响了系统的性能，对此，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中提出了一种基于翻转的提升小波，能够有效的缩短系统关键路径。本发明提出的二维离散小波变换的架构即基于该算法导出。

在以往的文献中，研究者提出了多种可应用于JPEG2000图像编码标准的二维离散小波变换的硬件架构。C.-T.Huang等的论文″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采用两个一维离散小波模块分别进行行变换和列变换，减小了片内存储器面积，但是没有对一维离散小波模块进行进一步的优化，从而影响了系统性能的提高；H.Liao等的论文″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采用递归金字塔结构进行多级二维离散小波变换的运算，提高了硬件利用率，但是增加了控制的复杂度，同时也没有对一维离散小波变换模块进行有效的优化；B.-F.Wu等的论文″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采用了改进的提升算法实现一维离散小波变换，缩短了系统的关键路径，减小了片内存储器面积，但是仍然存在所需的流水线寄存器和运算单元较多的缺点。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有应用于JPEG2000图像编码标准的二维离散小波变换的硬件架构控制复杂，所需的流水线寄存器和运算单元较多。

本发明的技术方案为：一种二维离散小波变换的硬件架构，包括一维离散小波变换行模块、转置模块、一维离散小波变换列模块和缩放模块，所述四个模块依次串联连接，图像数据输入一维离散小波变换行模块的输入端，缩放模块输出二维离散小波变换的分解结果，所述一维离散小波变换行模块由行处理单元级联组成，一维离散小波变换列模块由列处理单元级联组成。