Вычислительные методы повышения быстродействия дискретного вейвлет-преобразования на базе FPGA
Аннотация:
Предмет исследования. Рассмотрены вычислительные методы и особенности построения сложно-функционального блока реализации дискретного вейвлет-преобразования Добеши 9/7 в системах цифровой обработки сигналов изображений на базе Field-Programmable Gate Array (FPGA). Метод. Предложена математическая модель и алгоритмы реализации методов параллельной и последовательно-конвейерной обработок сигналов для вычисления коэффициентов дискретного биортогонального вейвлета Добеши 9/7 с учетом архитектуры используемой FPGA. В основе модели использованы методы факторизации вейвлет-преобразований с применением лифтинговых схем. В отличии от обычных лифтинговых схем, предлагаемый способ и алгоритмы позволяют повысить быстродействие вычислений дискретного вейвлет-преобразования при упрощении аппаратной реализации. В качестве среды разработки использованы средства автоматизированного проектирования Quartus II и ModelSim. Поведенческая модель написана на языке Verilog HDL. Для апробации использовалась матрица FPGA Altera Cyclone® IV 4CE115. На основе полученной поведенческой модели разработана тестирующая модель и осуществлена симуляция цифровой схемы в среде ModelSim. Основные результаты. Предложена формула оценки количества тактов выполнения прямого и обратного дискретного вейвлет-преобразований от числа входных элементов блока и характеристик FPGA. В результате экспериментов получены зависимости количества тактов расчета дискретного вейвлет-преобразования в зависимости от размера стороны квадратного изображения при разных вариантах количества блоков параллельной обработки. Показано, что параллельная работа нескольких независимых модулей позволяет проводить одновременно обработку нескольких входных столбцов (строк) из исходного двумерного массива. Унификация модуля умножителя-сумматора повысила эффективность вычисления и сократила объем занимаемых аппаратных ресурсов. Конвейерная структура дискретного вейвлет-преобразования отличается меньшими аппаратурными затратами при реализации блока вычисления и распределения памяти. В результате тестирования цифровой схемы получено, что разработанная структура блока повысила быстродействие дискретного вейвлет-преобразования, а также сократила стоимость системы на кристалле. Практическая значимость. Предложенная реализация блока двумерного прямого и обратного вейвлет-преобразований для банка фильтров Добеши 9/7 является законченным модулем и может быть использована как готовый сложно-функциональный блок для последующей разработки систем передачи изображений высокого качества в реальном времени.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Характеризация голографического фотополимера Bayfol HX в инфракрасной области спектра
- Исследование реакции кровеносных сосудов на локальный нагрев методом визуализирующей фотоплетизмографии
- Передача 3D голографической информации по радиоканалу методом, близким к SSB
- Влияние параметров анодирования на оптические свойства нанопористого оксида алюминия, сформированного поверх островковой пленки серебра
- Анализ точности оценивания состояний асинхронного электропривода алгоритмами Люенбергера и Калмана
- Метод оптимизации структуры в иерархических распределенных системах управления
- Метод идентификации параметров синусоидального сигнала с неизвестной переменной амплитудой
- Улучшение процесса автоматической стабилизации температуры в криовакуумной установке
- Исследование ударных свойств и износостойкости гибридных композитов Al6061 (SiC + Al2O3) и Al7075 (SiC + Al2O3)
- Диалоговая система на основе устных разговоров с доступом к неструктурированной базе знаний
- Определение аналитических моделей динамических систем в форме дифференциальных уравнений на основе многокритериальной эволюционной оптимизации
- Вероятностный критерий оценки предсказуемости временных рядов
- Программный фреймворк для оптимизации гиперпараметров тематических моделей с аддитивной регуляризацией
- Ценностно-ориентированное моделирование принятия экономических решений в условиях нестационарности внешней среды
- Методика организации и проведения исследования по оценке потребительской способности
- Автоматизированный кластерный анализ коммуникативных стратегий образовательных telegram-каналов
- Компьютерное моделирование немарковских процессов на основе принципа баланса «комплексных вероятностей»
- Метод объективизации значений весовых коэффициентов для принятия решений в многокритериальных задачах
- Оценка границ применимости и методов модуляции ближнепольной магнитной связи
- Численно-аналитическое моделирование пропульсивного крыла и фюзеляжа аэротакси
- Применение обратной связи переменной точности для повышения быстродействия контура тока в инверторах на базе GaN-транзисторов
- Моделирование диффузионных процессов при электротермической обработке реакционных тиглей системы железо–олово