一种红外图像9/7小波变换硬件加速电路制造技术

一种红外图像9/7小波变换硬件加速电路，读数据控制模块首先从图像RAM中按预设的顺序读取原始红外图像的像素值，并启动小波计算电路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值，令q的取值等于q+2，启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至按当前预设顺序全部读完；小波计算电路读取头九个像素值进行小波变换得到小波变换结果；写数据控制模块将小波变换结果按照转置后的位置存储在临时RAM中；读数据控制模块从临时RAM中按照相同的顺序读取像素值，并启动小波计算电路；写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在图像RAM中。

【技术实现步骤摘要】
-种红外图像9/7小波变换硬件加速电路
本专利技术涉及一种红外图像9/7小波变换硬件加速方法及电路，属于专用算法硬件 电路设计领域。
技术介绍
基于图像匹配的信息处理技术在新一代航天型号中开始大量应用。为提高匹配精 度，目前图像处理采用的是像素级匹配方法，这种方法匹配精度高但是运算量比较大。对于 航天应用来说，一般目前要求在20ms以内完成全部算法的处理，对于信息处理的实时性要 求也非常高。 要加快运算速度，就要减少像素位置和每个像素处的计算量。而小波变换作为一 种多分辨率分析方法，能够对信号进行不同尺度的分解，从而获得目标图像不同层次的像 素细节信息。利用小波变换的多分辨率特性，根据图像特点将图像进行多层分解，形成金字 塔式图像数据。首先在分解后的小波图像全局进行匹配，然后在信息更为丰富较高层次小 波图或者原图进行局部匹配，能够极大地提高处理效率。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种红外图像9/7小波变 换硬件加速电路。 本专利技术的技术解决方案是：一种红外图像9/7小波变换硬件加速电路，包括读数 据控制模块、小波计算电路和写数据控制模块； 读数据控制模块首先从图像RAM中按预设的顺序读取原始红外图像的像素值，并 启动小波计算电路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值， 令q的取值等于q+2,启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至按当前预设顺 序全部读完； 小波计算电路从读数据控制模块中读取头九个像素值，并进行小波变换，得到小 波变换结果； 写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在 临时RAM中； 读数据控制模块然后从临时RAM中按照相同的顺序读取像素值，并启动小波计算 电路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值，令q的取值等 于q+2,启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至临时RAM中像素值全部读 完； 小波计算电路从读数据控制模块中读取头九个像素值，并进行小波变换，得到小 波变换结果； 写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在 图像RAM中。 所述的读数据控制模块包括移位寄存器、算法状态机和读地址生成单元； 启动算法状态机，算法状态机从第一个像素开始，按照预设的行或者列顺序将像 素坐标输入至读地址生成单元，算法状态机每输出一个像素坐标就判断移位寄存器是否存 储满；若未满，则按照预设的行或者列顺序继续输出，否则停止输出；读地址生成单元依次 将接收的像素坐标转换成图像RAM中的存储地址，并将该地址依次发送至图像RAM ;图像 RAM按照接收的地址将每行或者列的起始图像像素从移位寄存器的第五个像素位置开始存 储，同时对移位寄存器的头四个像素位置设置初值，存储至该行或者列的最后一个图像像 素时，继续在移位寄存器中向后设置四个像素位置的初值；算法状态机启动小波计算电路， 小波计算电路从移位寄存器读取前九个像素位置的像素值；每次小波计算电路读完九个像 素，算法状态机重新启动小波计算电路，移位寄存器将第P个像素位置的像素值移动两个 位置到第P-2个像素位置；所述p > 3。 所述的小波计算电路包括5个乘法器和8个加法器； 小波计算电路从移位寄存器读出九个像素值依次分别记为A0-A8 ;除中间像素值 A4外，滤波系数相同的两个像素值先通过加法器相加，然后通过乘法器与滤波系数相乘，A4 通过一个乘法器乘以相应的滤波系数；共得到五组相乘后的结果，将五组结果通过四个加 法器相加得到小波变换结果。 所述的写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果存储在临时RAM中， 当按照行进行读取时，存储的地址为x/2Xn+y;其中（x，y)为当前小波变换结果计算中第 五个像素在原始红外图像中的坐标；η为原始红外图像的高度。 所述的头四个像素位置的初值以第五个像素位置为中心将第六至第九个像素位 置值镜像得到。 移位寄存器中每行或者列的最后一个图像像素之后四个像素位置的初值以最后 一个图像像素位置为中心，将其之前四个像素位置值通过镜像得到。 本专利技术与现有技术相比有益效果为： (1)通过采用先完成一维行方向小波变换，再完成一维列方向小波变换的方法实 现二维小波变换，在一维行方向小波变换过程中，通过变换结果的自动转置，保证了在列方 向小波变换时数据访问地址的连续性，然后在列方向一维小波变换后，自动再将图像转置 回来；为提高算法运算效率、简化硬件电路时序，完成了非对齐图像数据存储器访问接口设 计，可以满足任意宽度图像的小波变换。 (2)本专利技术通过对红外图像匹配所采用的9/7小波变换图像算法进行分析，通 过边界数据镜像、一维图像小波变换结果转置、非对齐地址访问等设计方法进行研究， 完成了 9/7小波算法硬件化方法研究及硬件算法IP核研制，，一次小波变换的时间为 0. 75XmXn(mXn为图像大小），在100MHz频率下，对于320*256的图像，一次小波变换的 只需要614. 40us。 【附图说明】 图1为本专利技术一维小波变换硬件工作原理（镜像模式起始位置）； 图2为本专利技术一维小波变换硬件工作原理（镜像模式结束位置）； 图3为本专利技术9/7小波变换电路总体架构； 图4为本专利技术读控制模块示意图； 图5a、5b分别为本专利技术9/7小波变换电路两种形式； 图6为本专利技术小波变换结果转置保存RAM示意图。 【具体实施方式】 为了更好的理解本专利技术，首先将图像二维小波变换实现过程进行介绍： 红外图像算法采用9/7浮点小波变换完成低通滤波和图像的压缩，小波变换的过 程就是图像数据与小波基进行行列滤波（卷积）的过程，其中对于二维图像来说，设图像 A(x, y)为mXn维（m为图像宽、η为图像高），卷积核w(x, y)为kX 1维，且m彡k, η彡1， 则卷积并下采样的结果B(x，y)表示为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外图像9/7小波变换硬件加速电路，其特征在于：包括读数据控制模块、小波计算电路和写数据控制模块；读数据控制模块首先从图像RAM中按预设的顺序读取原始红外图像的像素值，并启动小波计算电路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值，令q的取值等于q+2，启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至按当前预设顺序全部读完；小波计算电路从读数据控制模块中读取头九个像素值，并进行小波变换，得到小波变换结果；写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在临时RAM中；读数据控制模块然后从临时RAM中按照相同的顺序读取像素值，并启动小波计算电路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值，令q的取值等于q+2，启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至临时RAM中像素值全部读完；小波计算电路从读数据控制模块中读取头九个像素值，并进行小波变换，得到小波变换结果；写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在图像RAM中。

【技术特征摘要】
1. 一种红外图像9/7小波变换硬件加速电路，其特征在于：包括读数据控制模块、小波 计算电路和写数据控制模块； 读数据控制模块首先从图像RAM中按预设的顺序读取原始红外图像的像素值，并启动 小波计算电路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值，令q 的取值等于q+2,启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至按当前预设顺序全 部读完； 小波计算电路从读数据控制模块中读取头九个像素值，并进行小波变换，得到小波变 换结果； 写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在临时 RAM 中； 读数据控制模块然后从临时RAM中按照相同的顺序读取像素值，并启动小波计算电 路，小波计算电路从初始q位置开始读取九个像素值，每读取九个像素值，令q的取值等于 q+2,启动小波计算电路重新从q位置读取九个像素值，直至临时RAM中像素值全部读完； 小波计算电路从读数据控制模块中读取头九个像素值，并进行小波变换，得到小波变 换结果； 写数据控制模块将小波计算电路得到的小波变换结果按照转置后的位置存储在图像 RAM 中。2. 根据权利要求1 一种红外图像9/7小波变换硬件加速电路，其特征在于：所述的读 数据控制模块包括移位寄存器、算法状态机和读地址生成单元； 启动算法状态机，算法状态机从第一个像素开始，按照预设的行或者列顺序将像素坐 标输入至读地址生成单元，算法状态机每输出一个像素坐标就判断移位寄存器是否存储 满；若未满，则按照预设的行或者列顺序继续输出，否则停止输出；读地址生成单元依次将 接收的像素坐标转换成图像RAM中的存储地址，并将该地址依次发送至图像RAM ;图像RAM 按照接收的地址将每行或者列的起始...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮亮，赵雄波，范仁浩，吴松龄，严志刚，蒋彭龙，高磊，李磊，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11