專利名稱：視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮的整型雙正交小波變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻和圖象數(shù)據(jù)的壓縮變換電路。
在視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮中，為提高壓縮效率通常使用數(shù)學(xué)變換技術(shù)，目前所采用的數(shù)學(xué)變換包括離散余弦變換和小波變換。其中小波變換一般是對整幀圖象進行，小波變換后的低頻子帶區(qū)域包含了圖象的大部分信息，集中了大部分的大絕對值小波變換系數(shù)；高頻子帶區(qū)域包含圖象灰度突變處的細(xì)節(jié)信息，具有相對很少的大絕對值小波變換系數(shù)。為提高圖象壓縮效率，一般進行所謂“多層小波變換”，即對所產(chǎn)生的低頻子帶再次進行小波變換，使大絕對值小波變換系數(shù)進一步集中；而高頻子帶區(qū)域由于大絕對值小波變換系數(shù)相對很少，故不再進行小波變換。由于大絕對值小波變換系數(shù)集中到一定程度再進行小波變換通常不會有顯著效果，因此小波變換的層數(shù)一般為3層到5層。
目前通常采用的小波變換是1996年Daubechies等人提出的二維雙正交小波變換方法，具有有損和無損壓縮雙重功能。至今，已經(jīng)設(shè)計出小波變換電路的只有美國Analog Devices公司，但是他們所采用的是非整型二維雙正交小波變換方法，該電路不具備無損壓縮功能，而且耗費的集成性電路資源較多[美國專利US5838377]。日本Ricoh公司和其他國家的一些公司和科研機構(gòu)提出了許多進行小波變換的方法，但是沒有設(shè)計具體的集成電路。因此目前還沒有利用上述整型雙正交小波變換方法設(shè)計出的集成電路產(chǎn)品，本發(fā)明就是基于整型雙正交小波變換方法設(shè)計了具備無損壓縮和有損壓縮雙重功能的小波變換電路，而且通過分時技術(shù)共用運算單元，所耗費的集成電路資源較少。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一個滿足視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)要求的、具備無損和有損壓縮雙重功能的、使用集成電路資源相對較少、能夠集成到一片價格低廉的集成電路之中的整型雙正交小波變換電路，實時地完成任意常用尺寸的一幀或一塊圖象數(shù)據(jù)的多層二維雙正交小波正變換和逆變換。
本發(fā)明的內(nèi)容與技術(shù)方案如下
本發(fā)明所依據(jù)的原理是Daubechies等人于1996年提出的整型小波變換方法。其基本思想是基于歐幾里德算法將小波變換分解成提升的形式，再通過取整對每一步提升所產(chǎn)生的浮點數(shù)進行處理，直至最后完成整型小波變換。
整型小波正變換具體運算步驟是首先，用LAZY變換將待變換數(shù)據(jù)按其存儲器中的奇、偶地址進行分離，s表示偶地址的數(shù)據(jù)，d表示奇地址的數(shù)據(jù)。 然后利用提升算法，即將一維小波變換分解為幾個一階多項式的運算，一階多項式的數(shù)目根據(jù)所用小波基的性質(zhì)決定；奇或偶地址的數(shù)據(jù)通過濾波器濾波后，再與偶或奇地址的數(shù)據(jù)相加。 經(jīng)過一定次數(shù)的提升運算，偶地址的數(shù)據(jù)就相應(yīng)于低頻子帶數(shù)據(jù)，奇地址的數(shù)據(jù)相應(yīng)于高頻子帶數(shù)據(jù)。最后還經(jīng)過一次以K為比例因子的伸縮變換 逆變換的運算步驟恰好相反首先做伸縮變換的逆變換。 然后利用提升算法進行相應(yīng)的逆變換 經(jīng)過一定次數(shù)的提升運算，最后獲得原始奇地址和偶地址的數(shù)據(jù)。 由于LAZY變換本身就是整型可逆的，因此提升運算的整型處理可以按照下面的方式進行簡單處理(其中 代表取整運算)。 通過以上處理，可以將小波變換寫成可逆整型變換的形式。
圖1是一維小波變換示意圖，圖中左半部執(zhí)行正變換，右半部執(zhí)行逆變換。一維小波正變換時，原始圖象數(shù)據(jù)由總線順序輸入到低通濾波器L和高通濾波器H，濾波后順序輸出的第n個數(shù)據(jù)根據(jù)n是奇數(shù)或偶數(shù)分開存儲，若n是偶數(shù)則屬于低頻子帶數(shù)據(jù)，否則為高頻子帶數(shù)據(jù)。這兩個頻帶的數(shù)據(jù)量分別是原圖象數(shù)據(jù)量的1/2，其中低頻子帶一般包含原圖象的大部分信息，高頻子帶包含原圖象的邊緣細(xì)節(jié)信息。由這兩個頻帶的數(shù)據(jù)通過一維小波逆變換可以恢復(fù)原始圖象數(shù)據(jù)。一維小波逆變換是正變換的逆過程，上述低頻子帶和高頻子帶的數(shù)據(jù)分別經(jīng)各自低通和高通濾波后，迭加可形成原始圖象數(shù)據(jù)。一維小波變換如果采用浮點運算，不僅運算量較大，而且由于精度誤差，可能帶來恢復(fù)的原始圖象數(shù)據(jù)的偏差。由于提升運算的一階多項式的運算差別僅在于濾波參數(shù)的不同，因此使用一個一階多項式運算電路時，利用分時技術(shù)可以分別執(zhí)行偶地址的數(shù)據(jù)s和奇地址的數(shù)據(jù)d的運算，即一階多項式電路在奇脈沖時進行d的運算，偶脈沖時進行s的運算。由于通過分時技術(shù)共享運算電路，因此小波變換所需的電路資源的很少。本發(fā)明根據(jù)上述整型小波變換原理，首先對偶地址的數(shù)據(jù)進行濾波運算，濾波后的數(shù)據(jù)加上奇地址的數(shù)據(jù)，從而得到奇地址的高頻子帶數(shù)據(jù)；然后對此奇地址的高頻子帶數(shù)據(jù)進行濾波運算，濾波后的數(shù)據(jù)加上偶地址的數(shù)據(jù)，從而得到偶地址的低頻子帶數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所設(shè)計的整型雙正交小波變換電路含有一維小波變換電路、多層二維雙正交小波變換控制電路和數(shù)據(jù)傳輸接口電路。
其中一維小波變換電路如圖2所示。它含有邊界處理電路和由幾個一階多項式運算電路組成的運算電路，分時地完成數(shù)據(jù)的低通和高通濾波，分時地執(zhí)行小波行變換和列變換，分時地執(zhí)行多層二維雙正交小波正變換和逆變換。圖中左邊為寄存器電路，四組寄存器R201、R202、R203和R204分別控制偶地址的數(shù)據(jù)延時1、偶地址的數(shù)據(jù)延時2、奇地址的數(shù)據(jù)延時和高頻子帶數(shù)據(jù)延時等四路數(shù)據(jù)流，使它們在特定的時刻流入中間的運算電路A205。由于奇地址數(shù)據(jù)先行產(chǎn)生高頻子帶數(shù)據(jù)，因此由右邊的寄存器R206對其加以緩存，待偶地址數(shù)據(jù)產(chǎn)生低頻子帶數(shù)據(jù)后再由選通器M207根據(jù)奇、偶時鐘周期仍按原來的奇、偶地址順序輸出高、低頻子帶數(shù)據(jù)。行變換時逐行順序輸入待變換數(shù)據(jù)，列變換時逐列順序輸入待變換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入一維小波變換電路后的處理步驟行、列變換基本相同。
具體的，運算電路A205首先對偶地址數(shù)據(jù)進行提升濾波偶地址數(shù)據(jù)一路直接送入運算電路，另一路送入寄存器R201延時后再送入運算電路，以保證運算電路中偶地址數(shù)據(jù)同步相加運算。偶地址數(shù)據(jù)提升濾波后與對應(yīng)奇地址數(shù)據(jù)相加，產(chǎn)生奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)。由于濾波運算必然會消耗幾個時鐘周期，而奇地址數(shù)據(jù)夾在偶地址數(shù)據(jù)之間順序輸入，因此需要將奇地址數(shù)據(jù)先送入寄存器R203延時后再送入運算電路，以保證運算電路中與偶地址濾波后數(shù)據(jù)的相加運算。然后運算電路A205再對奇地址數(shù)據(jù)進行提升濾波運算電路A205產(chǎn)生奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)后，高頻子帶數(shù)據(jù)一路輸出到寄存器R206做緩存，一路再直接送入運算電路與另一路高頻子帶數(shù)據(jù)送入寄存器R204延時后進行提升濾波。提升濾波后，濾波結(jié)果與寄存器R202送出的對應(yīng)偶地址數(shù)據(jù)相加，產(chǎn)生偶地址上低頻子帶數(shù)據(jù)輸出。由于偶地址數(shù)據(jù)需要等待兩次濾波運算完成后才送入運算電路，以保證運算電路中與提升濾波后數(shù)據(jù)的相加運算，因此偶地址數(shù)據(jù)的寄存器R202延時比奇位置數(shù)據(jù)的寄存器R203延時長兩倍時間。運算電路A205產(chǎn)生偶地址上低頻子帶數(shù)據(jù)后直接送入選通器M207，M207奇、偶時鐘周期分別選通A205送出的偶地址上低頻子帶數(shù)據(jù)或寄存器R206延時后奇地址高頻子帶數(shù)據(jù)，并且仍按原來的奇、偶順序輸出。
一維小波變換電路中的一階多項式運算電路如圖3所示。它將小波變換分解成提升運算，并在奇、偶時鐘脈沖時分別獨立執(zhí)行相應(yīng)的提升濾波。其中通過加法器執(zhí)行提升濾波加法運算，然后通過乘法器執(zhí)行前一步加法器所產(chǎn)生的和與濾波系數(shù)的乘法運算，接著再通過加法器執(zhí)行乘法器所產(chǎn)生的乘積與原存儲器中相應(yīng)數(shù)據(jù)的加法運算；乘法器對乘數(shù)的選通由選通器根據(jù)所進行的提升濾波進行控制。
具體的，加法器A301執(zhí)行小波變換公式中的提升濾波加法運算，乘法器A302執(zhí)行加法器A301產(chǎn)生的和與濾波系數(shù)的乘法運算，加法器A303執(zhí)行乘法器A302產(chǎn)生的乘積即濾波后數(shù)據(jù)與奇(或偶)位置數(shù)據(jù)的加法運算。這樣通過對提升濾波進行因式分解，先做加法運算再做乘法運算，可以減少乘法運算的次數(shù)，因為乘法運算消耗資源和時間均較多。
由于送到加法器A301的待運算數(shù)據(jù)除了首先作提升濾波的兩路數(shù)據(jù)即偶地址數(shù)據(jù)和其經(jīng)過R201延時的數(shù)據(jù)以外，還有隨后要作提升濾波的兩路數(shù)據(jù)即奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)和其經(jīng)過R204延時的數(shù)據(jù)，因此需要兩個選通器M304和M305對二者進行選通。具體的，M304選通偶地址數(shù)據(jù)或奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)，M305選通偶地址延時數(shù)據(jù)或奇地址上高頻子帶延時數(shù)據(jù)。在偶時鐘周期M304和M305讓兩路偶地址數(shù)據(jù)通過，而在奇時鐘周期M304和M305則讓兩路奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)通過。隨后相應(yīng)地，在奇時鐘周期加法器A301執(zhí)行偶位置數(shù)據(jù)的加法運算，在偶時鐘周期A301執(zhí)行奇位置上高頻子帶數(shù)據(jù)的加法運算。加法器A301產(chǎn)生的和數(shù)送入后續(xù)的乘法器A302。乘法器A302的被乘數(shù)端口相應(yīng)地接收加法器A301產(chǎn)生的和，并與進入乘數(shù)端口的提升濾波系數(shù)作相應(yīng)的乘法運算。因此由選通器M306根據(jù)奇、偶時鐘周期，分別選通提升濾波系數(shù)，送到乘法器A302的乘數(shù)端口。隨后乘法器A302輸出的乘積送入加法器A303的一個輸入端，A303的另一個輸入端輸入由延時寄存器R202或R203輸出的奇地址或偶地址數(shù)據(jù)，這是通過選通器M307根據(jù)奇、偶時鐘周期分別選通奇地址或偶地址的數(shù)據(jù)完成的。A303產(chǎn)生的和就是偶地址上低頻子帶數(shù)據(jù)或奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)。
本發(fā)明中的一維小波變換電路在處理邊界問題時，是通過一個三選一選通器來執(zhí)行提升運算行首、列首、行尾和列尾處理的。當(dāng)要做行首或列首處理的數(shù)據(jù)運算到行首或列首時，三選一選通器由選通延時后的數(shù)據(jù)改為選通未延時的數(shù)據(jù)，一個時鐘周期后恢復(fù)原選通；當(dāng)要做行尾或列尾處理的數(shù)據(jù)運算到行尾或列尾時，三選一選通器由選通未延時的數(shù)據(jù)改為選通延時后的數(shù)據(jù)，一個時鐘周期后恢復(fù)原選通；而且三選一選通器可以用兩個二選一選通器代替。邊界問題的產(chǎn)生是因為實際圖象的每一數(shù)據(jù)行或列均是有限長，因此運算電路在數(shù)據(jù)行或列開始和結(jié)束時需要一些特殊處理。如PAL制式電視圖象按CIF格式數(shù)字化，數(shù)據(jù)行長352，數(shù)據(jù)列長288。以CIF格式的行變換為例，每一行的數(shù)據(jù)地址排列是0-351。由小波變換公式，在首先進行的求解高頻子帶數(shù)據(jù)d的提升濾波中，當(dāng)求解數(shù)據(jù)行結(jié)束時的351地址高頻子帶數(shù)據(jù)d351時，需要352地址的數(shù)據(jù)s352，可是實際上s352不存在。由此本發(fā)明采用對稱延拓方法，以348地址的數(shù)據(jù)s348代替s352數(shù)據(jù)。同樣在隨后進行的求解低頻子帶數(shù)據(jù)s的提升濾波中，求解數(shù)據(jù)行開始時的0地址低頻子帶數(shù)據(jù)s0時，需要-1位置的高頻子帶數(shù)據(jù)d-1，而d-1也不存在，由此本發(fā)明以地址3的高頻子帶數(shù)據(jù)d3來代替。小波變換電路中的運算首先是加法，那么在求解高頻子帶數(shù)據(jù)d的提升濾波執(zhí)行到數(shù)據(jù)行結(jié)束時，采用對稱延拓方法進行邊界處理后的加法器A301產(chǎn)生的和是，…，(s346+s348)，(s348+s350)，(s350+s348)；在隨后進行的求解低頻子帶數(shù)據(jù)s的提升濾波中，邊界處理后的加法器A301在數(shù)據(jù)行開始時產(chǎn)生的和是(d3+d1)，(d1+d3)，(d3+d5)，…?？梢钥闯?，求解高頻子帶數(shù)據(jù)d的提升濾波中，加法器A301產(chǎn)生的最后兩個和是相同的；而求解低頻子帶數(shù)據(jù)s的提升濾波中，加法器A301產(chǎn)生的最初兩個和是相同的。因此只需要將(s348+s350)與(d1+d3)的和多保留兩個時鐘周期，再使用一次即可分別滿足高頻子帶數(shù)據(jù)d351與低頻子帶數(shù)據(jù)s0的求解要求。為進行邊界處理，在加法器A301與乘法器A302之間插入邊界處理電路U308。
邊界處理電路如圖4所示。具體的，加法器A301的輸出數(shù)據(jù)送到三路，一路直接通到選通器M403，另兩路經(jīng)寄存器R401、R402延時后再送入選通器M403。選通器M403由邏輯電路U404根據(jù)計數(shù)器U405的計數(shù)在高頻子帶數(shù)據(jù)d351與低頻子帶數(shù)據(jù)s0的運算時刻產(chǎn)生相應(yīng)的選通控制信號。高頻子帶數(shù)據(jù)d的提升濾波中，當(dāng)計數(shù)器U405計數(shù)到行結(jié)束時，邏輯電路U404產(chǎn)生選通切換信號，使選通器M403由選通加法器A301的輸出數(shù)據(jù)改為選通經(jīng)寄存器R401延時后的輸出數(shù)據(jù)，此時鐘周期后M403恢復(fù)選通A301的輸出數(shù)據(jù)；低頻子帶數(shù)據(jù)s的提升濾波中，當(dāng)計數(shù)器U405計數(shù)到第一個和第二個奇地址上高頻子帶數(shù)據(jù)的和產(chǎn)生時，邏輯電路U404產(chǎn)生選通切換信號，使選通器M403由選通寄存器R402延時后的輸出數(shù)據(jù)改為選通加法器A301的輸出數(shù)據(jù)，此時鐘周期后。M403恢復(fù)選通寄存器R402延時輸出數(shù)據(jù)。由于兩種子帶數(shù)據(jù)的提升濾波分別工作在不同的奇、偶時鐘周期，因此它們的選通控制不會發(fā)生沖突。
對于二維雙正交小波變換來說，對于正變換小波變換電路首先做行變換，然后再做列變換，即可完成二維雙正交小波正變換；對于逆變換，小波變換電路首先做列變換，然后再做行變換，即可完成二維雙正交小波逆變換。本發(fā)明的多層二維雙正交小波變換控制電路采用狀態(tài)比特表示小波正或逆變換、行或列變換以及處于第幾層變換。行、列變換的差別主要在于數(shù)據(jù)行與列的長度不同，因此使邊界處理電路中的邏輯電路產(chǎn)生選通切換信號的時刻根據(jù)行或列的長度自動變化就可以滿足行、列變換的要求，這一點通過控制計數(shù)器U405的計數(shù)值很容易實現(xiàn)。U405在正變換時產(chǎn)生讀信號和地址，將待變換數(shù)據(jù)從存儲器中順序讀出，同時產(chǎn)生寫信號和地址按低頻子帶數(shù)據(jù)在前、高頻子帶數(shù)據(jù)在后的順序?qū)⒆儞Q后的數(shù)據(jù)寫入存儲器；在逆變換時U405產(chǎn)生讀信號和地址，將待變換數(shù)據(jù)從存儲器中按低、高頻子帶交替的順序讀出，同時產(chǎn)生寫信號和地址將變換后的數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氪鎯ζ鳌?br> 對于彩色圖象或彩色視頻，可以通過一維小波變換電路分時執(zhí)行彩色圖象的R、G、B分量圖象或Y、U、V分量圖象的多層二維雙正交小波正變換和逆變換。如果是R、G、B三基色分量圖象，則三基色分量圖象處理完全相同，由一維小波變換電路分時、分別一一執(zhí)行R、G、B三基色分量圖象的小波變換。如果是Y、U、V三分量圖象，小波變換電路同樣分時、分別一一執(zhí)行三基色分量圖象的小波變換，只是U、V分量圖象的尺寸可能會與Y分量圖象的尺寸不同，需要相應(yīng)地調(diào)整小波變換電路中的邊界處理。
說明書


圖1一維小波變換示意圖。
圖2一維小波變換電路框圖。
圖3一維小波變換電路一階多項式運算電路框圖。
圖4一維小波變換電路邊界處理電路框圖。
圖5二維小波變換頻帶示意圖。
圖6四層小波變換頻帶示意圖。
本發(fā)明用于實時完成任意常用尺寸的一幀或一塊圖象數(shù)據(jù)的二維雙正交小波正變換和逆變換。下面結(jié)合實施例進行進一步地說明。
二維雙正交小波正變換后的頻帶分布如圖5所示。第一層一維小波行變換完成后，左半部是低頻子帶Lx，右半部是高頻子帶Hx；對低頻和高頻子帶再做列變換，將產(chǎn)生圖中所示的四個頻率子帶，左上部是低頻子帶LxLy，右上部是次高頻子帶HxLy，左下部是次高頻子帶LxHy，右下部是高頻子帶HxHy。大多數(shù)的普通圖象中邊緣信息不是很多，因此經(jīng)過二維雙正交小波正變換后，圖象信息主要存在于低頻子帶LxLy之中，其余高頻子帶僅包含少量的邊緣信息，即通過小波變換，大絕對值小波變換系數(shù)主要分布在左上部的低頻子帶區(qū)域，其余區(qū)域大絕對值小波變換系數(shù)很少。在視頻數(shù)據(jù)壓縮和圖象數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)中，為獲得較好的壓縮效果，通常對圖象數(shù)據(jù)執(zhí)行多層二維雙正交小波變換。小波變換一般做三到五層，不再進行更高層小波變換的原因是，當(dāng)大絕對值小波變換系數(shù)集中到一定程度，再對其進行小波變換，一般不會再有顯著效果。實質(zhì)上，小波變換增加一層或減少一層，并不會對小波變換電路產(chǎn)生本質(zhì)上不同的要求，因此本發(fā)明可以應(yīng)用于常用的三到五層小波變換方案之中。下面對采用了四層小波變換的實施例加以說明，如圖6所示，第一層小波變換完成后對低頻子帶LxLy再做第二層小波變換，然后再對第二層小波變換的低頻子帶做第三層小波變換，最后對第三層小波變換的低頻子帶再做第四層小波變換。對于(5，3)小波基的二維雙正交小波變換，本發(fā)明只需要一個一階多項式的運算電路和少量控制、接口電路，即可完成多層二維雙正交小波變換及其逆變換。因此以下實施例以(5，3)小波基為例。
以CIF格式的圖象數(shù)據(jù)為例，四層二維小波正變換的過程是(1)執(zhí)行352×288整幀圖象數(shù)據(jù)的一維小波行變換；(2)執(zhí)行352×288整幀行變換數(shù)據(jù)的一維小波列變換；(3)執(zhí)行176×144一層變換的低頻子帶數(shù)據(jù)的一維小波行變換；(4)執(zhí)行176×144低頻子帶的行變換數(shù)據(jù)的一維小波列變換；(5)執(zhí)行88×72二層變換的低頻子帶數(shù)據(jù)的一維小波行變換；(6)執(zhí)行88×72低頻子帶的行變換數(shù)據(jù)的一維小波列變換；(7)執(zhí)行44×36三層變換的低頻子帶數(shù)據(jù)的一維小波行變換；(8)執(zhí)行44×36低頻子帶的行變換數(shù)據(jù)的一維小波列變換；四層二維小波逆變換的過程是從(8)-(1)的反向操作過程。
如果某項應(yīng)用只需要三層二維小波變換，則(7)(8)步驟不需執(zhí)行。如果某項應(yīng)用需要五層二維小波變換，則增加如下(9)(10)步驟。
(9)執(zhí)行22×18四層變換的低頻子帶數(shù)據(jù)的一維小波行變換；(10)執(zhí)行22×18低頻子帶的行變換數(shù)據(jù)的一維小波列變換；上述一維小波變換均是依次分別順序進行，而且不同行、列長度的一維小波變換只是在邊界處理上不同，因此一個一維小波變換電路可以完成所有上述運算。
要保證四層二維小波變換依次正確完成，需要一個控制電路產(chǎn)生狀態(tài)控制信號和一個接口電路準(zhǔn)確輸入和輸出數(shù)據(jù)。控制電路根據(jù)外部命令進入四層二維小波正變換或逆變換，同時發(fā)出狀態(tài)位標(biāo)志，并使得各部分電路開始工作。工作過程中，當(dāng)電路工作在某一層的行或列變換時，狀態(tài)位標(biāo)志出相應(yīng)的狀態(tài)信號。如用1個比特的信號表示正變換或逆變換，用3個比特的信號表示上述8個某一層的行或列變換狀態(tài)，將(1)-(8)的狀態(tài)分別標(biāo)志為000，001，010，011，100，101，110，111。接口電路針對兩個外部存儲器的情況。其他情況可類似地進行設(shè)計。設(shè)兩個外部存儲器分別是RAM1和RAM2，其中RAM1存放了原始圖象數(shù)據(jù)，RAM2存放行變換產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。接口電路根據(jù)控制電路的狀態(tài)控制信號，確定要執(zhí)行哪一層的行或列變換，相應(yīng)的行、列長度是多少。
當(dāng)進行二維小波正變換的行變換時，接口電路產(chǎn)生對RAM1的讀數(shù)據(jù)信號和地址，將待變換數(shù)據(jù)逐行順序地從RAM1中讀出，并輸入到小波變換電路。同時，接口電路還要產(chǎn)生對RAM2的寫數(shù)據(jù)信號和地址，將變換后數(shù)據(jù)按奇、偶地址，即按高、低頻子帶分開，低頻子帶數(shù)據(jù)順序地輸出到RAM2的每行的前半部，高頻子帶數(shù)據(jù)順序地輸出到RAM2的每行的后半部。
類似地，當(dāng)進行正變換的列變換時，接口電路產(chǎn)生對RAM2的讀數(shù)據(jù)信號和地址，將待變換數(shù)據(jù)逐列順序地從RAM2中讀出，并輸入到小波變換電路。同時，接口電路還要產(chǎn)生對RAM1的寫數(shù)據(jù)信號和地址，將變換后數(shù)據(jù)按奇、偶地址，即按高、低頻子帶分開，低頻子帶數(shù)據(jù)順序地輸出到RAM1的每列的前半部，高頻子帶數(shù)據(jù)順序地輸出到RAM1的每列的后半部。
對于二維小波逆變換，當(dāng)列變換時，接口電路產(chǎn)生對RAM1的讀數(shù)據(jù)信號和地址，將待變換數(shù)據(jù)逐列按低、高頻子帶交替順序地從RAM1中讀出，并輸入到小波變換電路。即，讀一個低頻子帶數(shù)據(jù)后，讀一個高頻子帶數(shù)據(jù)，再讀一個低頻子帶數(shù)據(jù)，依此類推。同時，接口電路還要產(chǎn)生對RAM2的寫數(shù)據(jù)信號和地址，將變換后數(shù)據(jù)按奇、偶地址排列，順序地輸出到RAM2的每列地址之中。
當(dāng)進行逆變換的行變換時，接口電路產(chǎn)生對RAM2的讀數(shù)據(jù)信號和地址，將待變換數(shù)據(jù)逐行按低、高頻子帶交替順序地從RAM2中讀出，并輸入到小波變換電路。同時，接口電路還要產(chǎn)生對RAM1的寫數(shù)據(jù)信號和地址，將變換后數(shù)據(jù)按奇、偶地址排列，順序地輸出到RAM1的每行地址之中。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于本發(fā)明完成的整型雙正交小波變換電路將小波變換分解為提升形式，并利用分時技術(shù)共用運算單元，是一個對集成電路資源要求相對很少的電路。對于使用(5，3)小波基的二維雙正交小波變換只需要一個一階多項式的運算電路和少量控制、接口電路，即可實時地完成多層二維雙正交小波變換及其逆變換。其中“實時”是指數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)流動同步進行，即有多少數(shù)據(jù)來到馬上就能處理多少數(shù)據(jù)，不會無限累積以至數(shù)據(jù)丟失。本發(fā)明的優(yōu)點在于1．成本低廉，它對集成電路資源的要求相對很少，并且不需要專門的電路結(jié)構(gòu)和片內(nèi)存儲器，因而能夠集成到一片價格低廉的集成電路之中。
2．可靠性好，由于結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，具有良好的實用性和可靠性。
3．通用性強，可以完成任意常用類型、尺寸的一幀或一塊圖象數(shù)據(jù)的多層二維雙正交小波正變換和逆變換。
此集成電路已經(jīng)設(shè)計完成，并且通過美國Altera公司的EPF10K200E集成電路進行了實驗驗證，與理論結(jié)果完全符合。
權(quán)利要求
1.一種視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮的整型雙正交小波變換電路，其特征在于含有一維小波變換電路、多層二維雙正交小波變換控制電路和數(shù)據(jù)傳輸接口電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維小波變換電路，其特征在于含有邊界處理電路和由幾個一階多項式運算電路組成的運算電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一維小波變換電路，其特征在于分時完成數(shù)據(jù)的低通和高通濾波，分時執(zhí)行小波行變換和列變換，分時執(zhí)行多層二維雙正交小波正變換和逆變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一階多項式運算電路，其特征在于將小波變換分解成提升運算，并在奇、偶時鐘脈沖時分別執(zhí)行相應(yīng)的提升濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一階多項式運算電路，其特征在于先通過加法器執(zhí)行提升濾波加法運算，然后通過乘法器執(zhí)行前一步加法器所產(chǎn)生的和與濾波系數(shù)的乘法運算，接著再通過加法器執(zhí)行乘法器所產(chǎn)生的乘積與原存儲器中相應(yīng)數(shù)據(jù)的加法運算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一階多項式運算電路，其特征在于乘法器對乘數(shù)的選通由選通器根據(jù)所進行的提升濾波進行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一維小波變換電路，其特征在于邊界處理電路包含一個三選一選通器，執(zhí)行提升運算的行首、列首、行尾、列尾的處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三選一選通器，其特征在于當(dāng)要做行首或列首處理的數(shù)據(jù)運算到行首或列首時，三選一選通器由選通延時后的數(shù)據(jù)改為選通未延時的數(shù)據(jù)，一個時鐘周期后恢復(fù)原選通。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三選一選通器，其特征在于當(dāng)要做行尾或列尾處理的數(shù)據(jù)運算到行尾或列尾時，三選一選通器由選通未延時的數(shù)據(jù)改為選通延時后的數(shù)據(jù)，一個時鐘周期后恢復(fù)原選通。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三選一選通器，其特征在于可以用兩個二選一選通器代替。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層二維雙正交小波變換控制電路，其特征在于使用狀態(tài)比特表示小波正或逆變換、行或列變換以及處于第幾層變換。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層二維雙正交小波變換數(shù)據(jù)傳輸接口電路，其特征在于正變換時產(chǎn)生讀信號和地址將待變換數(shù)據(jù)從存儲器中順序讀出，同時產(chǎn)生寫信號和地址按低頻子帶數(shù)據(jù)在前、高頻子帶數(shù)據(jù)在后的順序?qū)⒆儞Q后的數(shù)據(jù)寫入存儲器；逆變換時產(chǎn)生讀信號和地址將待變換數(shù)據(jù)從存儲器中按低、高頻子帶交替的順序讀出，同時產(chǎn)生寫信號和地址將變換后的數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氪鎯ζ鳌?br> 13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮的整型雙正交小波變換電路，其特征在于一維小波變換電路分時執(zhí)行彩色圖象的R、G、B分量圖象或Y、U、V分量圖象的多層二維雙正交小波正變換和逆變換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮的整型雙正交小波變換電路。該小波變換電路含有一維小波變換電路、多層二維雙正交小波變換控制電路和數(shù)據(jù)傳輸接口電路,是一個滿足視頻和圖象數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)要求的、具備無損和有損壓縮雙重功能的、使用集成電路資源相對較少、能夠集成到一片價格低廉的集成電路之中的整型雙正交小波變換電路。它能夠?qū)崟r地完成任意常用尺寸一幀或一塊視頻或圖象數(shù)據(jù)的多層二維雙正交小波正變換和逆變換。
文檔編號H04N7/26GK1285693SQ0012963
公開日2001年2月28日 申請日期2000年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者許超, 石青云 申請人:北京大學(xué)