一維離散小波變換VLSI結構分析設計

摘 要:提升算法的推出使得離散小波變換硬件的快速實現成為可能。翻轉結構在提升架構的基礎上進一步提高運算速度。在此，對翻轉結構的舍入誤差進行了分析，在翻轉結構的基礎上，對提升步驟進行了合并，提出一種有效的DWT硬件實現方案。實驗結果表明，通過采用流水線模式提出的這種硬件結構，在關鍵路徑約束的條件下，可以充分利用硬件資源。關鍵詞:離散小波變換; 提升算法; 翻轉結構; 舍入誤差

中圖分類號:TN919-34; TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)18-0124-03

Analysis and VLSI Architecture for 1-D Discrete Wavelet Transform

XIN Qin， ZHONG Yan-hua， LIU Chun-feng， PAN Li-ming

(School of Electronic Science and Engineering， National University of Defense Technology， Changsha 410073， China)

Abstract: The introduction of lifting scheme makes the fast hardware implementation of DWT come true. The flipping structure speeds up further the computation for lifting-based architecture. The roundoff error of the flipping structure is analyzed. Based on the flipping structure， the lifting step is modified and an efficient hardware structure for DWT derived from flipping structure is proposed. Experimental results show that the proposed structure， which adopts the pipeline design， could effectively make full use of the arithmetic resources under the condition of the tight critical path.Keywords: discrete wavelet transform; lifting scheme; flipping structure; roundoff error

收稿日期:2010-05-21

0 引 言

離散小波變換(discrete wavelet transform，DWT) 良好的時頻域局部化分析性能，使其在信號分析、圖像壓縮、視頻壓縮等領域成為一個應用廣泛的DSP工具[1]。隨著DWT研究與應用的日益普及，其硬件實現的需求日益迫切。Sweldens在Mallat算法基礎上提出提升算法(lifting scheme)[2]，為小波變換提供了一種快速實現方法，并且已經被應用于JPEG2000標準中。基于提升算法的DWT，可以有效地減少乘加法的運算量，比較適合VLSI(very large scale integration)[3-4]架構實現。最近有人提出了1種翻轉結構(flipping structure)[5-7]，它對提升結構的系數進行了巧妙的翻轉和合并，使乘法和加法的運算量進一步降低。

本文在翻轉結構的基礎上，將兩級“預測”步驟和“更新”步驟合并成一個單獨的提升步驟，并引入2選1的多路選擇器到縮放步驟中，有效調整了原始數據的路徑，節省了硬件乘法器的資源，更利于硬件實施。同時還對翻轉結構中乘法器引入的舍入誤差進行了分析。

1 小波提升算法

任何完全重構的DWT濾波器組都可以分解成一系列有限長度的提升步驟。……