基于FPGA的小波變換設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)開(kāi)題報(bào)告

1、. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱基于FPGA的小波變換設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系名稱信息工程系專業(yè)名稱通信工程學(xué)生姓名指導(dǎo)教師一、課題的來(lái)源及意義近年來(lái)，圖像編碼與壓縮己受到了越來(lái)越多的關(guān)注，數(shù)字圖像壓縮技術(shù)在多媒體通信、圖像存儲(chǔ)與傳輸?shù)阮I(lǐng)域己經(jīng)成為信息技術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)字通信技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的興起，數(shù)字圖像在數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)多媒體通信、會(huì)議電視、可視電話、醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感測(cè)繪、自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而用以表征這些數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量非常大，大量的數(shù)字資源如存儲(chǔ)器和運(yùn)算器被消耗在數(shù)字圖像的存儲(chǔ)上，同時(shí)在通信帶寬和存儲(chǔ)容量的限制下，對(duì)圖像進(jìn)行編碼與壓縮

2、顯得非常重要。圖像壓縮主要利用圖像信號(hào)中冗余信息進(jìn)行去相關(guān)性處理，利用人的視覺(jué)對(duì)圖像的生理學(xué)和心理學(xué)特性對(duì)圖像進(jìn)行信源編碼。圖像編碼與壓縮從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是對(duì)要處理的圖像源數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則進(jìn)行變換和組合，從而達(dá)到以盡可能少的比特?cái)?shù)(符號(hào))來(lái)表示盡可能多的數(shù)據(jù)信息。壓縮通過(guò)編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者說(shuō)編碼帶來(lái)壓縮的效果。所以，一般把此項(xiàng)處理稱之為壓縮編碼。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們需要處理的信息量越來(lái)越大，因此，如何高效的表示和壓縮數(shù)據(jù)成為編碼壓縮技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵。2、 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1910年，哈爾提出的規(guī)范正交基首先打開(kāi)了通向小波的道路。1936年，Little wood-Paley對(duì)Fourier級(jí)數(shù)建

3、立了L-P理論，即按二進(jìn)制頻率成分分組。Fourie:變換的相位本質(zhì)上不影響函數(shù)的形狀與大小，這是多尺度分析思想的最早起源。1965年Galderon發(fā)現(xiàn)了再生公式，它的離散形式己接近小波展開(kāi)，只是還無(wú)法得到組成一正交系的結(jié)論。 Stormberg對(duì)哈爾進(jìn)行了改進(jìn)，證明了小波函數(shù)的存在性。小波概念的真正出現(xiàn)應(yīng)算于 法國(guó)地球物理學(xué)家J. Moret在分析地震數(shù)據(jù)時(shí)提出地震波按一個(gè)確定函數(shù)的伸縮、平移系展開(kāi)。隨后，他與A. Grossman共同進(jìn)行研究，發(fā)展了連續(xù)小波變換的幾何體系。由此能將任意一個(gè)信號(hào)分解成對(duì)空間和尺度的貢獻(xiàn)。1985年，法國(guó)數(shù)學(xué)家Y Meyer在連續(xù)小波理論容許性及重構(gòu)公式之后

4、承認(rèn)了Galderon再生公式，后又與比利時(shí)數(shù)學(xué)家LDaubechies和Grossman共同進(jìn)行研究，選取連續(xù)小波空間的一個(gè)離散子集，得到了一組離散的小波基(稱為小波框架);而且根據(jù)小波框架的離散子集的函數(shù)，恢復(fù)了連續(xù)小波的全空間。隨后人們?cè)噲D尋找一組離散的正交小波基，但沒(méi)有成功。 Y Meyer在證明不可能存在時(shí)頻域都具有一定正則性的正交小波基時(shí)，卻意外地發(fā)現(xiàn)了具有一定衰減性的光滑性函數(shù)，由其可構(gòu)成若(均的規(guī)范正交基，從而證明確實(shí)存在小波正交系。后來(lái)，Lemarie和Battle又分別獨(dú)立地構(gòu)造了具有指數(shù)衰減的小波函數(shù)。1987年，Mallat將計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域內(nèi)的多尺度思想引入到小波分析中

5、，提出多分辨分析概念，統(tǒng)一了在此前的所有具體正交小波的構(gòu)造，給出了構(gòu)造正交小波基的一般方法和與FFT相對(duì)應(yīng)的快速小波算法一Mallat算法，并將它用于圖像分析和完全重構(gòu)。三、研究目標(biāo) 通過(guò)掌握小波變換全局變換可以完全消除DCT之類正交交換所產(chǎn)生的“方塊效應(yīng)”。正是由于小波圖像編碼在高清晰度，高壓縮比，中低速比特碼率傳輸方面的上述優(yōu)勢(shì)，使它成為圖像編碼領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。同樣由聯(lián)合圖像專家組新公布的替代JPEG的下一代圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000就采用了小波變換。四、研究?jī)?nèi)容 第一章:緒論。簡(jiǎn)要介紹了圖像壓縮的發(fā)展歷程，和以圖像壓縮為應(yīng)用背景的小波變換的發(fā)展歷史，并在此基礎(chǔ)上闡述了硬件實(shí)現(xiàn)小波變換的

6、必要性和可行性，說(shuō)明了本文的研究意義和所做工作。 第二章:JPEG2000靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。圍繞圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，詳細(xì)介紹了JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，分析了其對(duì)于其他壓縮標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)和各個(gè)框架。 第三章:小波變換理論分析與研究。詳細(xì)介紹了小波變換的理論及其發(fā)展，并深入分析了現(xiàn)有的各種小波變換算法，通過(guò)對(duì)各種算法的比較，闡述了提升小波算法的優(yōu)越性。 第四章:提升小波變換的FPGA分析與設(shè)計(jì)。在前面兩章的基礎(chǔ)上，我們首先給出了JPEG2000小波變換模塊的整體框架，然后給出每一個(gè)模塊的詳細(xì)分析、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，和在ModelSim SE 6.0d版本下的仿真結(jié)果。最后還對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析

7、。第五章:結(jié)束語(yǔ)。總結(jié)了本文的主要工作，并給出了本研究課提的下一步發(fā)展方向。五、總體設(shè)計(jì)框圖6、 進(jìn)度安排選題、定題，1周查閱資料15篇以上（2篇英文）、社會(huì)調(diào)查、資料處理，8周撰寫(xiě)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述，要求3000字左右，3周書(shū)寫(xiě)論文大綱并提交導(dǎo)師指導(dǎo)修訂，2周5. 撰寫(xiě)并提交論文初稿，要求論文字?jǐn)?shù)在8000字以上，4周導(dǎo)師審閱指導(dǎo)論文修改，6周7. 導(dǎo)師為學(xué)生定稿，2周8. 論文答辯，4周 七、實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析和已具備的實(shí)驗(yàn)條件整理資料：綜合整理相關(guān)資料，進(jìn)行對(duì)比分析，提取與論文相關(guān)的信息。起草大綱：完成論文大綱，初步確定論文思路及行文路線，明確論文中心，初步完成論文大綱框架。起草主體：

8、以大綱為基礎(chǔ)，添加自己的見(jiàn)解加以敘述說(shuō)明，附帶資料做論據(jù)。撰寫(xiě)論文摘要：撰寫(xiě)摘要，對(duì)論文的主要內(nèi)容進(jìn)行概括。參考文獻(xiàn)：整理參考文獻(xiàn)，注釋等等。排版：按規(guī)定格式進(jìn)行排版。修改：對(duì)論文進(jìn)行修改，定稿。本課題主要涉及的是硬件電路設(shè)計(jì)、電腦軟件進(jìn)行編程，實(shí)驗(yàn)條件完全具備，可進(jìn)行課題設(shè)計(jì)。八、主要參考文獻(xiàn)1王曉梅. 基于FPGA的提升小波變換實(shí)現(xiàn)D.南京理工大學(xué),2013.2王勝利. 基于FPGA的JPEG2000小波變換設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.西安電子科技大學(xué),2013.3崔巍,劉波,曹劍中,王華偉,劉凱,王新. 基于FPGA小波變換核的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 電光與控制,2013,03:75-78.4康驥春. 基于FPGA的小波分解濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 黑龍江科技信息,2013,31:40.5王美玲. 基于FPGA的小波變換圖像壓縮算法的研究D.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2012.6陸海東. 基于DSP+FPGA的小波變換實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.南京理工大學(xué),2005.7李琪. 基于小波變換的圖像匹配算法硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.哈爾濱工業(yè)大