[发明专利]一种消除转置存储器的二维离散小波变换VLSI设计方法

说明书

本发明涉及一种消除转置存储器的二维离散小波变换VLSI设计方法，基于9/7离散小波变换实现，其特征在于，硬件架构包括一维行滤波器、一维列滤波器和缩放模块，数据流动顺序为：输入数据首先逐行逐点进入行滤波器，经过一维行变换后输出的低频分量和高频分量无需转置存储器缓存，直接并行进入两个单输入的列滤波器模块，按照列扫描顺序再次进行一维变换，列变换输出结果经过缩放模块后得到二维离散小波变换的四个子带结果。

技术领域

本发明属于超大规模集成电路(Very Large Scale Integration,简称VLSI)设计范畴，设计出一种消除转置存储器的二维离散小波变换高效低存储结构。

背景技术

离散小波变换在不失去原有信号信息的前提下，可以在时域和频域两个维度对信号进行伸缩和平移，具有灵活可变的自适应时频窗，是良好的时频局部化分析工具。另外其多分辨率分析的特性，可聚焦到信号的任意细节，在数字信号滤波去噪、图像压缩等领域受到广泛应用。

目前离散小波变换的硬件实现主要包括基于卷积和基于提升两种结构。其中基于提升的离散小波变换，因为执行就地计算，对内存需求有所降低。提升算法将高通滤波器和低通滤波器分解成上下三角矩阵序列，并将滤波器实现转化为带状矩阵乘法，包括奇偶分裂、预测、更新三个步骤。因为在预测和更新的计算步骤需要等待奇偶序列并行处理，所以针对逐行逐点进入的图像数据来说，就需要对数据进入存储。行变换的奇偶序列分裂利用寄存器完成，而列变换的奇偶序列分裂则需要存储至少两行的输入，这就需要消耗了转置存储器存储行变换的部分结果。另一方面，列变换在预测和更新过程的中间系数也需要临时存储器进行存储。由于目前实时图像的分辨率越来越大，所需的片上内存也越来越多。

研究者们一直以来提出了很多解决办法致力于减少电路设计的内存消耗，提高硬件效率。

WU BingFei等人在论文《A high-performance and memory-efficient pipelinearchitecture for the 5/3and 9/7 discrete wavelet transform of JPEG2000 codec》中提出的单输入二维结构，虽然降低了内存需求，但吞吐率减少了一半。DARJI A等人的论文《Dual-scan parallel flipping architecture for a lifting-based 2-D discretewavelet transform》首先进行列滤波器的处理，并行扫描两行图像数据满足列滤波的计算要求，并且只需要几个寄存器就可以完成列滤波器输出结果到行滤波器输入的转置。这种并行扫描方式需要2N(N是图像纵向的像素值数)大小的输入缓冲器对原始像素点进行存储。ZHANG W等人在论文《An internal folded hardware-efficient architecture forlifting-based multi-level 2-D 9/7 DWT》采用一种三输入的数据扫描方案，临时存储器减少到3N，但是是以牺牲输入缓冲为代价。近来也有一些研究提出了基于条带以及基于图像块的处理方法，CHOUBEY A等人在论文《Novel data-access scheme and efficientparallel architecture for multi-level lifting 2-D DWT》多个图像块并行处理，提高处理速度，但需要更多片外资源存储图像原始像素值。片外存储器的读取需要消耗更多的功耗。

现有技术虽然对内存需求有所降低，但都牺牲了片外内存或吞吐率为代价。此外传统结构针对行、列变换一般采用相同的电路结构，但是由于行、列变换的数据扫描方式不同，就造成了整体二维小波变换结构不能达到最优的设计，硬件效率不高。

发明内容

根据上述背景技术提到的内存需求大、硬件效率低等问题，本发明提出一种基于9/7小波的二维离散小波变换低存储VLSI设计，消除了转置存储器，提高了二维小波变换架构的硬件效率。本发明的技术方案为：