一种提升小波变换fpga实现的方法

文档序号:7552931阅读:620来源:国知局
专利名称:一种提升小波变换fpga实现的方法
技术领域
本发明涉及一种CCD相机图像数据压缩技术领域,尤其涉及一种可以高速(像元读出时钟超过20MHz)线阵CXD相机的图像数据压缩,提升小波变换FPGA实现的方法。
背景技术
在高分辨率航空航天遥感应用中,线阵CCD相机的视场和分辨率指标不断提高,所采用的CCD输出路数、拼接片数和单端口读出速率也在不断提高,从而使数字化后的图像数据量急剧增加,因此必须进行图像数据压缩。目前,对CCD图像进行硬件压缩的采用的方法是先对图像进行提升小波变换,然后才对小波系数进行处理,如JPEG2000和CCSDS压缩方法。因此,如何快速实现提升小波变换是CXD图像整个压缩的关键。目前,适合空间CXD相机图像压缩应用的理想处理器为FPGA处理器。现有提升小波变换FPGA实现方法效率低、占用资源大、耗时,对于实时性强的空间CCD成像系统而言,CXD读出速率较高((XD单端口读出速率超过20MHz),最终使图像数据率大,进而需进一步提高图像小波变换系统时钟频率。系统时钟频率的提高,不仅增加了系统功耗,而且对电磁兼容性设计也提出了苛刻的要求;在高速情况下进行图像数据小波变换时数据交互也是个难题,且现有FPGA器件工作频率越高,稳定性越差,可靠性越差,难以满足空间环境可靠性要求。另外,为了获得高分辨率和宽覆盖的图像,空间CCD通常要多片拼接组成长线阵CCD最终使总的像元数达到数万 十几万。这样采集的图像数据十分庞大,这就使图像小波变换占用FPGA资源也急剧增加,而每片适于空间应用的FPGA资源有限。如果才用多片FPGA容易导致系统体积庞大、设计复杂、功耗增加,且PCB板面也有限。

发明内容
本发明为解决背景技术存在的上述技术问题,本发明针对航空航天遥感线阵CCD相机图像以行为单位特点,提供一种可以高速(像元读出时钟超过20MHz)线阵CCD相机的图像数据压缩,提升小波变换FPGA实现方法。为了解决上述技术问题,本发明的技术方案具体如下:一种提升小波变换FPGA实现的方法,包括以下步骤:步骤1:将CXD图像每128行作为一帧图像,将一帧图像分为8组,每组采用16个并行的1-D行提升小波变换模块进行分解;步骤i1:将行提升小波系数的每32列采用16个并行的1-D列提升小波变换模块进行分解。在上述技术方案中,每个1-D行提升小波变换模块采用4个延时寄存器Dl,D2,D3,D4的值作为中间值来计算提升小波高频和低频系数。在上述技术方案中,步骤ii中具体为:每个1-D列提升小波变换模块利用多路复用技术以流水线的作业方式将32列小波系数输入到16个并行的提升小波变换模块中。本发明具有以下的有益效果:
本发明的提升小波变换FPGA实现的方法,将CXD图像每128行作为一帧图像,先将一帧图像分为8组,每组采用16个并行的1-D行提升小波变换模块进行分解,然后将行提升小波系数的每32列采用16个并行的1-D列提升小波变换模块进行分解,最终完成二维提升。由于行列方向均采用16个并行1-D提升小波模块,提高了提升小波变换效率,缩减了 CXD图像小波变换时间。本发明的提升小波变换FPGA实现的方法,每个1-D行提升小波变换模块采用4个延时寄存器Dl,D2,D3,D4的值作为中间值来计算提升小波高频和低频系数,缩短了提升小波高低频系数计算路径,进而提高了每个提升小波模块计算速度。本发明的提升小波变换FPGA实现的方法,利用提升小波变换的第一步预测更新与第二步更新预测结构相同特点,将行列提升小波变换的第一步和第二步采用多路复用技术进行融合。大大节省了 FPGA资源占用。本发明的提升小波变换FPGA实现的方法,每个1-D列提升小波变换模块利用多路复用技术以流水线的作业方式将32列小波系数输入到16个并行的提升小波变换模块中,大大提闻了提升小波计算效率。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1为CXD图像二维提升小波变换过程示意图。图2为提升步骤不意图。图3为提升小波变换树形结构示意图。图4为发明的提升小波变换树形结构示意图。图5为提升小波变换VLSI结构示意图。图6为提升小波变换最终VLSI结构示意图。图7为列提升小波实现结构示意图。图8为图7的输入输出关系示意图。图9为1-D列提升小波变换模块结构示意图。图10为1-D列提升小波变换最终实现结构示意图。图11为二维提升小波变换FPGA实现实施例示意图。
具体实施例方式本发明的发明思想为:提升小波变换过程可以认为是目标小波滤波器多项矩阵分解为一个恒定对角矩阵和M阶上三角、下三角矩阵乘积的形式,航空航天线阵CXD图像压缩通常为一阶和二阶,即提升5/3和9/7小波变换,以二阶提升的9/7小波变换为例。CCD图像是以行为单位输出的,每一行CCD图像对应地面一个线阵方向目标,CCD相机推扫后输出若干行图像数据,可见CCD图像可看作一个二维图像,不仅线阵方向需要作一维提升小波变换,而且推扫方向也需要作一维提升小波变换,即CCD图像需要进行二维提升小波变换。本发明的二维提升小波变换结构如图1所示。其中,每通道CCD输出有效像元数为N,以128行CCD图像作为一帧图像,然后作二维提升小波变换,一帧图像为X
权利要求
1.一种提升小波变换FPGA实现的方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1:将CCD图像每128行作为一帧图像,将一帧图像分为8组,每组采用16个并行的1-D行提升小波变换模块进行分解; 步骤i1:将行提升小波系数的每32列采用16个并行的1-D列提升小波变换模块进行分解。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,每个1-D行提升小波变换模块采用4个延时寄存器Dl,D2,D3,D4的值作为中间值来计算提升小波高频和低频系数。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤ii中具体为:每个1-D列提升小波变换模块利用多路复用技术以流水线的作业方式将32列小波系数输入到16个并行的提升小波变换模块中。
全文摘要
本发明涉及一种提升小波变换FPGA实现的方法,包括以下步骤将CCD图像每128行作为一帧图像,将一帧图像分为8组,每组采用16个并行的1-D行提升小波变换模块进行分解;将行提升小波系数的每32列采用16个并行的1-D列提升小波变换模块进行分解。本发明将CCD图像每128行作为一帧图像,先将一帧图像分为8组,每组采用16个并行的1-D行提升小波变换模块进行分解,然后将行提升小波系数的每32列采用16个并行的1-D列提升小波变换模块进行分解,最终完成二维提升。由于行列方向均采用16个并行1-D提升小波模块,提高了提升小波变换效率,缩减了CCD图像小波变换时间。
文档编号H04N7/26GK103179398SQ20131006681
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者李进, 金龙旭, 朱鹏, 李国宁, 韩双丽 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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