摘要：针对二维9/7离散小波变换硬件架构中数据缓存需求高的问题,提出了一种基于提升算法的低存储架构。通过调整提升算法数据计算顺序,设计了一种动态计算二维小波变换的新型迭代分步计算方法。根据行、列变换的不同,对其分别做一维变换架构设计,其中行滤波器结构通过将输入数据进行三序列分裂,有效减少了寄存器数;列滤波器结构通过单行输入处理消除转置存储器,同时实现了乘法器和加法器的复用。整体二维变换采用并行和流水线混合架构设计,关键路径延时减小到一个乘法器延迟。实验结果表明,对于1024像素×1024像素的图像,与其他提升结构相比,本结构片上内存使用减少了11.1%,硬件效率提高了8.2%以上;与基于卷积的迭代计算方法相比,计算周期减少为现有结构的1/9。在型号为Xilinx Kintex7 XC7K325T的现场可编程逻辑门阵列上实现,吞吐率达到460 MB/s,且具有明显的硬件资源优势。

摘要：针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪。光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400~1000 nm波段,近红外相机工作在1000~1700 nm波段。光谱仪控制系统以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为核心处理单元,使用Cameralink接口采集相机数据,使用RS422串口对AOTF进行频率控制,通过AOTF同步信号与相机外触发信号相结合,实现了连续图像与多波长循环采集的一一对应,图像数据最后经过USB3.0接口传输到上位机进行实时显示。经外场测试,光谱仪成像质量良好,系统工作稳定,针对1024×1024分辨率图像,图像实时传输速率最高可达120 frame/s,满足设计要求。在实际工程应用中,该控制系统接口丰富,且可靠性高、灵活性好,具有较强的可扩展性。

摘要：为了解决海量图像数据对存储介质和有限的带宽造成的巨大压力,提出了高性能的图像无损压缩知识产权(IP)核,给出了相应的超大规模集成电路(VLSI)架构。通过对图像预处理模块进行兼容性优化,使其可以灵活处理多种规格的图像;优化离散小波变换(DWT)模块,提出了单加法器延时结构,使离散小波变换模块的最高工作频率达274 MHz;IP核整体架构采用串并复用流水线设计思路,图像预处理和离散小波变换模块串行处理数据,算术编码和位平面编码模块并行处理数据,IP核内的所有模块均采用流水线设计方法,最终大幅提升IP核的吞吐率。实验结果表明,设计的IP核可直接接收光电耦合器件(CCD)相机的图像数据完成无损压缩并输出码流,该IP核在Xilinx Kintex-7 KC705开发板上实现,最高工作频率达171 MHz,最大吞吐率达1472 Mb/s,与现有图像无损压缩VLSI编码器相比,最高工作频率提升16%以上,最大吞吐率提升25%以上。

摘要：针对实际应用中海量图像数据造成的存储与传输带宽的压力,设计了一种兼容处理8~16位灰度图的高吞吐率图像压缩编码器,并给出了相应的超大规模集成电路架构。通过分析16位灰度图像像素值的特点,以及JPEG2000压缩编码器在硬件实现中,离散小波变换与优化截断嵌入式模块处理时间的差异,提出了并-串-并的优化结构,架构采用高8位和低8位处理进行设计,高位和低位结构既可以独立进行处理,又可以结合起来共同处理,增加了编码器的灵活性,大大提高了压缩编码器的吞吐率。编码器最终在Xilinx XC7K480T芯片上实现,最高工作频率可达147.734 MHz,对8位典型灰度图进行处理时,得到的最大吞吐率为169.55 MB/s;对16位典型灰度图进行处理时,最大吞吐率高达266.87 MB/s。与现有同类编码器相比,吞吐率提高40%以上。在实际工程应用中,该编码器不仅可靠性高、灵活性好,而且可扩展性强,通过控制并行度可实现不同分辨率图像的高倍率、高质量快速压缩,具有重要的应用价值。

摘要：针对离散小波变换的提升算法进行研究和优化,提出一种基于5/3的二维离散小波变换的硬件架构。离散小波变换整体工作过程都采用了并行输入输出结构,使用内部RAM对计算过程中间变量进行暂存。将三级流水线结构运用到列滤波器和行滤波器的设计上,设计出逻辑较为简单且内存较小的转置单元。减少外部RAM存储空间,采用5个RAM对小波系数进行存储。通过实验,在XILINX KC705型现场可编程逻辑门阵列上实现无损压缩系统,对4幅图像进行压缩,压缩比在1.3~2之间。本设计节约了硬件资源消耗,缩小了关键路径延时,DWT模块工作频率可达219 MHz,在实际应用中具有一定的技术优势。