專利名稱：一種提升小波變換fpga實現(xiàn)的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種CCD相機圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)領域，尤其涉及一種可以高速(像元讀出時鐘超過20MHz)線陣CXD相機的圖像數(shù)據(jù)壓縮，提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法。
背景技術(shù)：
在高分辨率航空航天遙感應用中，線陣CCD相機的視場和分辨率指標不斷提高，所采用的CCD輸出路數(shù)、拼接片數(shù)和單端口讀出速率也在不斷提高，從而使數(shù)字化后的圖像數(shù)據(jù)量急劇增加，因此必須進行圖像數(shù)據(jù)壓縮。目前，對CCD圖像進行硬件壓縮的采用的方法是先對圖像進行提升小波變換，然后才對小波系數(shù)進行處理，如JPEG2000和CCSDS壓縮方法。因此，如何快速實現(xiàn)提升小波變換是CXD圖像整個壓縮的關(guān)鍵。目前，適合空間CXD相機圖像壓縮應用的理想處理器為FPGA處理器?，F(xiàn)有提升小波變換FPGA實現(xiàn)方法效率低、占用資源大、耗時，對于實時性強的空間CCD成像系統(tǒng)而言，CXD讀出速率較高((XD單端口讀出速率超過20MHz)，最終使圖像數(shù)據(jù)率大，進而需進一步提高圖像小波變換系統(tǒng)時鐘頻率。系統(tǒng)時鐘頻率的提高，不僅增加了系統(tǒng)功耗，而且對電磁兼容性設計也提出了苛刻的要求；在高速情況下進行圖像數(shù)據(jù)小波變換時數(shù)據(jù)交互也是個難題，且現(xiàn)有FPGA器件工作頻率越高，穩(wěn)定性越差，可靠性越差，難以滿足空間環(huán)境可靠性要求。另外，為了獲得高分辨率和寬覆蓋的圖像，空間CCD通常要多片拼接組成長線陣CCD最終使總的像元數(shù)達到數(shù)萬 十幾萬。這樣采集的圖像數(shù)據(jù)十分龐大，這就使圖像小波變換占用FPGA資源也急劇增加，而每片適于空間應用的FPGA資源有限。如果才用多片F(xiàn)PGA容易導致系統(tǒng)體積龐大、設計復雜、功耗增加，且PCB板面也有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決背景技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明針對航空航天遙感線陣CCD相機圖像以行為單位特點，提供一種可以高速(像元讀出時鐘超過20MHz)線陣CCD相機的圖像數(shù)據(jù)壓縮，提升小波變換FPGA實現(xiàn)方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:一種提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，包括以下步驟:步驟1:將CXD圖像每128行作為一幀圖像，將一幀圖像分為8組，每組采用16個并行的1-D行提升小波變換模塊進行分解；步驟i1:將行提升小波系數(shù)的每32列采用16個并行的1-D列提升小波變換模塊進行分解。在上述技術(shù)方案中，每個1-D行提升小波變換模塊采用4個延時寄存器Dl，D2，D3，D4的值作為中間值來計算提升小波高頻和低頻系數(shù)。在上述技術(shù)方案中，步驟ii中具體為:每個1-D列提升小波變換模塊利用多路復用技術(shù)以流水線的作業(yè)方式將32列小波系數(shù)輸入到16個并行的提升小波變換模塊中。本發(fā)明具有以下的有益效果:
本發(fā)明的提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，將CXD圖像每128行作為一幀圖像，先將一幀圖像分為8組，每組采用16個并行的1-D行提升小波變換模塊進行分解，然后將行提升小波系數(shù)的每32列采用16個并行的1-D列提升小波變換模塊進行分解，最終完成二維提升。由于行列方向均采用16個并行1-D提升小波模塊，提高了提升小波變換效率，縮減了 CXD圖像小波變換時間。本發(fā)明的提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，每個1-D行提升小波變換模塊采用4個延時寄存器Dl，D2，D3，D4的值作為中間值來計算提升小波高頻和低頻系數(shù)，縮短了提升小波高低頻系數(shù)計算路徑，進而提高了每個提升小波模塊計算速度。本發(fā)明的提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，利用提升小波變換的第一步預測更新與第二步更新預測結(jié)構(gòu)相同特點，將行列提升小波變換的第一步和第二步采用多路復用技術(shù)進行融合。大大節(jié)省了 FPGA資源占用。本發(fā)明的提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，每個1-D列提升小波變換模塊利用多路復用技術(shù)以流水線的作業(yè)方式將32列小波系數(shù)輸入到16個并行的提升小波變換模塊中，大大提聞了提升小波計算效率。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1為CXD圖像二維提升小波變換過程示意圖。圖2為提升步驟不意圖。圖3為提升小波變換樹形結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為發(fā)明的提升小波變換樹形結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為提升小波變換VLSI結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為提升小波變換最終VLSI結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為列提升小波實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7的輸入輸出關(guān)系示意圖。圖9為1-D列提升小波變換模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為1-D列提升小波變換最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為二維提升小波變換FPGA實現(xiàn)實施例示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明思想為:提升小波變換過程可以認為是目標小波濾波器多項矩陣分解為一個恒定對角矩陣和M階上三角、下三角矩陣乘積的形式，航空航天線陣CXD圖像壓縮通常為一階和二階，即提升5/3和9/7小波變換，以二階提升的9/7小波變換為例。CCD圖像是以行為單位輸出的，每一行CCD圖像對應地面一個線陣方向目標，CCD相機推掃后輸出若干行圖像數(shù)據(jù)，可見CCD圖像可看作一個二維圖像，不僅線陣方向需要作一維提升小波變換，而且推掃方向也需要作一維提升小波變換，即CCD圖像需要進行二維提升小波變換。本發(fā)明的二維提升小波變換結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，每通道CCD輸出有效像元數(shù)為N，以128行CCD圖像作為一幀圖像，然后作二維提升小波變換，一幀圖像為X
權(quán)利要求
1.一種提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將CCD圖像每128行作為一幀圖像，將一幀圖像分為8組，每組采用16個并行的1-D行提升小波變換模塊進行分解； 步驟i1:將行提升小波系數(shù)的每32列采用16個并行的1-D列提升小波變換模塊進行分解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個1-D行提升小波變換模塊采用4個延時寄存器Dl，D2，D3，D4的值作為中間值來計算提升小波高頻和低頻系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟ii中具體為:每個1-D列提升小波變換模塊利用多路復用技術(shù)以流水線的作業(yè)方式將32列小波系數(shù)輸入到16個并行的提升小波變換模塊中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提升小波變換FPGA實現(xiàn)的方法，包括以下步驟將CCD圖像每128行作為一幀圖像，將一幀圖像分為8組，每組采用16個并行的1-D行提升小波變換模塊進行分解；將行提升小波系數(shù)的每32列采用16個并行的1-D列提升小波變換模塊進行分解。本發(fā)明將CCD圖像每128行作為一幀圖像，先將一幀圖像分為8組，每組采用16個并行的1-D行提升小波變換模塊進行分解，然后將行提升小波系數(shù)的每32列采用16個并行的1-D列提升小波變換模塊進行分解，最終完成二維提升。由于行列方向均采用16個并行1-D提升小波模塊，提高了提升小波變換效率，縮減了CCD圖像小波變換時間。
文檔編號H04N7/26GK103179398SQ20131006681
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者李進, 金龍旭, 朱鵬, 李國寧, 韓雙麗 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所