無分裂結(jié)構(gòu)的二維小波變換圖片處理芯片設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
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1．3．2 列變換結(jié)構(gòu)
列變換時(shí)，假設(shè)第m行的第n列完成行變換后的數(shù)據(jù)為X(m，n)，將該數(shù)據(jù)寄存在寄存器D1中，下個(gè)時(shí)鐘沿來臨時(shí)，F(xiàn)IFO-A和FIFO-B中分別釋放出第m-1和m-2行的第n列的數(shù)據(jù)X(m-1，n)和X(m-2，n)，同D1中X(m，n)數(shù)據(jù)共同完成預(yù)測步驟生成Y(m，n)并寄存在D2中，同時(shí)從D1和FIFO-A，F(xiàn)IFO-B中釋放出的數(shù)據(jù)X(m，n)，X(m-1，n)和X(m-2，n)分別寄存進(jìn)FIFO-A，F(xiàn)IFO-B，F(xiàn)IFO-C。再下一個(gè)時(shí)鐘沿來臨時(shí)，完成第m行第n+1列的行變換，并寄存在D1中，之后即可按照上述步驟完成第m行第n+1列數(shù)據(jù)的預(yù)測和更新，得出結(jié)果Y(m，n+1)。當(dāng)FIFO把第m行數(shù)據(jù)完全釋放出時(shí)，已在該FIFO寄存了第m+1行的完整數(shù)據(jù)，可以開始下一行的列變換。同理，完成預(yù)測步驟的數(shù)據(jù)寄存在D2，F(xiàn)IFO-D，F(xiàn)IFO-E中，依據(jù)預(yù)測步驟相似的原理完成更新步驟。之后依據(jù)數(shù)據(jù)的列地址的奇偶，選擇不同的Y值輸出。
1．4 控制結(jié)構(gòu)
一般的變化模塊，均采用狀態(tài)機(jī)的控制方法，利用狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)，來控制行變化和列變化之間的關(guān)系，完成預(yù)測和更新步驟。
而本文提出了全新的、更為靈活的直角坐標(biāo)系控制法，即利用行坐標(biāo)(row-c)和列坐標(biāo)(col-c)形成一個(gè)二維直角坐標(biāo)系，并將圖片映射到直角坐標(biāo)系上，每一對坐標(biāo)(row-c，col-c)對應(yīng)直角坐標(biāo)系上圖片的一個(gè)點(diǎn)，也對應(yīng)該點(diǎn)的變換時(shí)刻。通過row-c，col-c的值來判斷正在進(jìn)行變換的行列值，來決定FIFO和變化模塊的動作。利用row-c，col-c的末位來判斷進(jìn)行變換的行和列地址分別是奇數(shù)地址還是偶數(shù)地址，決定是進(jìn)行預(yù)測步驟還是更新步驟。結(jié)合計(jì)數(shù)器，通過輸入的圖片的行像素值M和列像素值N，分別控制row-c和col-c的跳變。因而可以簡單的通過改變M，N值的大小來改變進(jìn)行變換的圖片的大小。
2 結(jié)果驗(yàn)證
2．1 采用軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的結(jié)構(gòu)
本文采用軟硬件協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。利用計(jì)算機(jī)端的Matlab軟件從FPGA芯片中讀取變換后的RGB數(shù)據(jù)，并顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/190283.htm
具體結(jié)構(gòu)是將圖片數(shù)據(jù)通過北翰科技公司的Verilink插件，從Matlab軟件中送入FPGA芯片中的FIFO，小波變換模塊從FIFO中依次讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行變換，完成變換的數(shù)據(jù)通過FIFO送回Matlab軟件，并顯示在計(jì)算機(jī)的顯示器上。
2．2 驗(yàn)證結(jié)果
本文采用128×128像素RGB圖片作為變換圖像源，在計(jì)算機(jī)的Matlab軟件中，將圖片轉(zhuǎn)換成一維數(shù)據(jù)流，并依次通過Verilink插件送入FPGA芯片的FIFO中，在送入數(shù)據(jù)的同時(shí)，F(xiàn)PGA中的變換模塊從FIFO中讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，并將變換結(jié)果通過輸出的FIFO送至計(jì)算機(jī)端的Mat lab軟件。在完成全部數(shù)據(jù)變換后，在計(jì)算機(jī)端將獲得的數(shù)據(jù)重新排列，并轉(zhuǎn)換成128×128×3的RGB圖片格式，并對比顯示變換前和變換后的圖片效果。變換前圖片如圖6(a)，變換并重排后圖片如圖6(b)，圖片數(shù)據(jù)高頻分量和低頻分量分離正確無誤。
3 結(jié)語
本文提出了無分裂步驟的小波變換結(jié)構(gòu)，簡化了變換模塊的控制系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)流模式輸入數(shù)據(jù)，并且和軟硬件協(xié)同的工作方式良好配對，利用FPGA和計(jì)算機(jī)完成了二維小波變換的板級驗(yàn)證。本文提出的結(jié)構(gòu)在5／3小波變換中有效運(yùn)行，并起到簡化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用，下一步將嘗試把該結(jié)構(gòu)運(yùn)用于9／7小波變換的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中，并提出適合9／7小波變換硬件實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
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