Например, Бобцов

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

Содержание © 1993–2024 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Университет ИТМО