JPEG2000中53離散小波多層變換FPGA實現(xiàn)研究
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3．2 地址生成模塊的設計
對于做三層的離散小波變換，每層對RAM的(行／列)讀／寫地址都不相同，所以在地址生成模塊中分別做了三層各自的地址模塊，每個單層地址模塊產(chǎn)生2路讀地址信號、2路寫地址信號和1路寫地址使能信號。首先產(chǎn)生行變換的讀／寫地址，在行變換完成之后產(chǎn)生列變換的讀／寫地址，在列變換完成之后，給出一個EndOfBlock信號返回給圖4中的Control模塊。由Control模塊控制分層地址模塊的使能以及Select模塊選擇有效地址信號輸出，并且通過對讀地址計算算法的調(diào)度，實現(xiàn)分裂和邊界延拓功能，不需要另外設計單獨的處理模塊，地址生成模塊的總體框圖如圖4所示。
4．功能仿真及FPGA測試驗證
該設計采用了流水線技術即通過插入寄存器，使得一組輸入數(shù)據(jù)的計算分布在同一個時鐘周期中，從而提高資源利用率，增加電路的數(shù)據(jù)處理量，提高了性能，在此用Verilog HDL描述實現(xiàn)。
4．1 功能仿真
在ModelSim的測試模塊中設置時鐘為100 MHz，圖5為部分仿真結(jié)果，輸入數(shù)據(jù)在經(jīng)過3個時鐘周期后計算出LH分量輸出。由此可見，一維小波變換模塊的設計符合JPEG 2000標準規(guī)定，結(jié)果正確。
二維小波變換結(jié)果就是，在行變換結(jié)束之后對于行方向上面的LH分量再做列方向上的小波變換，得到LL，HL，LH，HH分量，對于多層小波變換就是在前一層變換的結(jié)果上對LL子帶再進行二維DWT變換，多層小波變換的示意圖如圖6所示。
4．2 FPGA測試驗證
該設計的FPGA驗證采用Altera的DE2開發(fā)板平臺，開發(fā)板采用CycloneⅡEP2C35作為主FPGA芯片，具有豐富的I／O接口與顯示存儲設備，可以滿足該設計的驗證工作。
本次FPGA的驗證中使用Altera的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀。SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀集成到QuartusⅡ設計軟件中，能夠捕獲和顯示設計中實時信號的狀態(tài)，這樣開發(fā)者就可以在整個設計過程中以系統(tǒng)級速度觀察硬件和軟件的交互作用。它支持多達1 024個通道，采樣深度達128 Kb，每個分析儀均有10級觸發(fā)輸入／輸出，使用SignalTapⅡ無需額外的邏輯分析設備，只需將一根JTAG接口的下載電纜連接到要調(diào)試的FPGA器件即可。
下載驗證結(jié)果如圖7所示，整個系統(tǒng)時鐘可以達到156 MHz，速度很快，耗用資源相對較少，運算結(jié)果正確。
5 結(jié)語
本文提出了一種快速、有效的JPEG 2000 5／3小波變換的VLSI設計結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)的奇偶分裂、邊界延拓嵌入到地址產(chǎn)生單元對雙端口RAM的操作中，不需要額外的計算單元，采用移位-相加操作代替卷積操作，通過Verilog編寫RTL級代碼并進行功能仿真，最后完成了在FPGA上的驗證，最高時鐘頻率達到156 MHz，整體性能優(yōu)越。
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