分類號 密級 U D C 編號 碩士學(xué)位論文 論文題目數(shù) 字圖像并行處理的 現(xiàn)研究 學(xué)科、專業(yè) 計 算 機 技 術(shù) 研究生姓名 譚 會 生 導(dǎo)師姓名及 桂 衛(wèi) 華 教 授 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 朱 曉 青 教授級高工 數(shù)字圖像并行處理的 現(xiàn)研究 作者姓名： 譚會生 學(xué)科專業(yè)： 計算機技術(shù) 學(xué)院（系、所） ： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 桂衛(wèi)華 教授 中 南 大 學(xué) 2004 年 11 月 密級 碩士學(xué)位論文 數(shù)字圖像并行處理的 現(xiàn)研究 者姓名： 譚會生 學(xué)科專業(yè)： 計算機技術(shù) 學(xué)院 （系、 所） ： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 桂衛(wèi)華 教授 副指導(dǎo)教師： 朱曉青 教授級高工 論文答辯日期 答辯委員會主席 中 南 大 學(xué) 2004 年 11 月 要 提高圖像處理的速度一直是圖像處理中致力于解決又難以突破的關(guān)鍵問題之一，圖像并行處理技術(shù)則是提高圖像處理速度的最有效的技術(shù) 。術(shù)的出現(xiàn)和 經(jīng)濟快速、自行開發(fā)高性能的圖像并行處理硬件提供了一個全新的設(shè)計平臺和廣闊的發(fā)展空間。 本文在分析了鄰域處理的算法及其并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，鄰域圖像并行處理機等芯片級圖像并行處理器設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點闡述了作者利用現(xiàn)設(shè)計。各設(shè)計實例包括算法介紹，系統(tǒng)的總體設(shè)計，主要模塊的設(shè)計思想,有關(guān)仿真結(jié)果和分析。 在過設(shè)置過串入并出模塊實現(xiàn)了列像素的刷新，通過設(shè)置移位寄存器避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)輸入和像素處理窗口數(shù)據(jù)的刷新，通過設(shè)計并行流水式濾波器和重復(fù)設(shè)置四個濾波器來提高整個系統(tǒng)的處理速度，因此本系統(tǒng)實現(xiàn)了鄰域數(shù)據(jù)處理的流水式輸入，多層次、全過程的流水線處理和并行處理，具有良好的實時處理性能。對一幅（10241024）的圖像，本系統(tǒng)（50處理速度較六級指令流水線的0統(tǒng)提高了10倍，較2高了400倍。 在 像邊緣檢測器的 實現(xiàn)設(shè)計中，通過使用移位寄存器存放像素值和使用寄存器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換，既避免了卷積運算數(shù)據(jù)的高度重復(fù)讀取，又實現(xiàn)了卷積運算數(shù)據(jù)的完全“流水式”輸入，同時采用了速度最優(yōu)的高階分布式算法完成模板的卷積運算,從而使系統(tǒng)在資源，速度上達到了較好的優(yōu)化。本系統(tǒng)經(jīng)過初始的延遲后，每時鐘周期就可“流水式”輸出一個處理結(jié)果，具有良好的實時處理性能。若系統(tǒng)時鐘為100處理一幅1024* 整數(shù)小波變換是一種基于提升格式的小波變換，具有計算快捷，節(jié)省內(nèi)存，能對任意尺寸圖像進行小波變換等優(yōu)點，而且可對圖像進行有損和無損壓縮。在整數(shù)小波變換的 實現(xiàn)設(shè)計中，通過自頂向下的設(shè)計方法簡化了設(shè)計難度，通過采用多種形式的數(shù)據(jù)寄存或鎖存組合實現(xiàn)了處理數(shù)據(jù) 的緩沖和小波變換的并行處理和流水線處理，通過數(shù)據(jù)的移位運算簡單而快速地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的乘除運算及有關(guān)取整操作，通過設(shè)計多級的控制狀態(tài)機實現(xiàn)了小波變換的復(fù)雜時序控制，通過設(shè)計通用的小波分解和合成模塊以及小波變換存取控制參數(shù)的控制模塊實現(xiàn)了小波的多級變換。 關(guān)鍵詞 圖像并行處理 ， 數(shù)小波變換,ow to of in by to be to be of DA a s so it is to of in as of s s of of In of of by s by is by of of of is If 0 to a 024*1024 02is 0 00 In of of to to At is in by of to it If 00 to a 024*1024 a of on of be to of of In is by of by of or s by of is by is by 錄錄 第一章 緒論 . . 1 研究背景和意義. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀. 2 圖像并行處理技術(shù). 3 . . 4 圖像邊緣檢測. 5 小波變換圖像編碼技術(shù). 5 作者的主要工作. 6 第二章 圖像并行處理器的設(shè)計分析 . 7 圖像并行處理技術(shù)基礎(chǔ). 7 基本概念. 并行結(jié)構(gòu). 并行算法. 性能指標(biāo). 10 圖像處理的特征分析. 11 鄰域處理算法及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu). 13 鄰域圖像并行處理機. 16 基本原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu). 16 鄰域圖像幀存儲體的實現(xiàn). 17 鄰域圖像并行處理器. 18 第三章 . 22 . 22 系統(tǒng)的. 22 系統(tǒng)的總體設(shè)計. 22 主要功能模塊的設(shè)計. 24 系統(tǒng)的. 26 系統(tǒng)的有關(guān)仿真結(jié)果. 30 結(jié)論. 3 2 第四章 . 33 . 33 圖像邊緣檢測的實現(xiàn)流程. 33 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 分布式算法的運算原理. 34 系統(tǒng)的. 35 系統(tǒng)的總體設(shè)計. 35 卷積運算模塊的設(shè)計. 35 卷積運算數(shù)據(jù)“流水式”輸入模塊的設(shè)計. 36 系統(tǒng)的. 37 系統(tǒng)的有關(guān)仿真結(jié)果. 41 結(jié)論. . 42 第五章 整數(shù)小波變換的. 43 整數(shù)小波變換. 43 小波變換提升算法. 43 整數(shù)小波變換算法. 44 整數(shù)小波分解的. 46 5. 46 5. 47 外部存儲器讀寫控制狀態(tài)機. 49 5. 51 5. 51 整數(shù)小波合成的. 52 5. 52 5. 54 外部存儲器讀寫控制狀態(tài)機. 56 5. 56 5. 57 多級小波變換的實現(xiàn)討論. 59 結(jié)論. 6 1 第六章 總結(jié)與展望 . 6 2 全文總結(jié). 62 后繼工作展望. 62 參考文獻 . . 64 致 謝 . . 68 作者攻碩期間完成的論文及科研工作 . 69 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第第 一一 章章 緒緒 論論 研究背景和意義 數(shù)字圖像處理起源于20世紀(jì)20年代，當(dāng)時通過海底電纜從英國的倫敦到美國的紐約采用數(shù)字壓縮技術(shù)傳輸了第一幅數(shù)字照片。此后，由于遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用，使數(shù)字圖像處理技術(shù)逐步受到關(guān)注并得到相應(yīng)的發(fā)展。1964年，美國的噴氣推進實驗室處理了由大空船“徘徊者七號”發(fā)回的月球照片，標(biāo)志著第三代計算機問世后數(shù)字圖像處理開始得到普遍應(yīng)用。由于 發(fā)明、應(yīng)用及獲得倍受科技界矚目的諾貝爾獎，使得數(shù)字圖像處理大放異彩。其后，數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，目前已成為工程學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)甚至社會科學(xué)等各個學(xué)科之間學(xué)習(xí)和研究的對象。隨著信息高速公路、數(shù)字地球概念的提出以及息傳輸中的非話業(yè)務(wù)也會急劇地增長。其中圖像信息以其信息量大、傳輸速度快、作用距離遠等一系列優(yōu)點使其成為人類獲取信息的重要來源及利用信息的重要手段。同時數(shù)字圖像處理科學(xué)又是與國計民生緊密相連的一門應(yīng)用科學(xué)，它已給人們帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益，不久的將來它不僅在理論上會有深入的發(fā)展，在應(yīng)用上亦是科學(xué)研究、社會生產(chǎn)乃至人類生活中不可缺少的強有力的工具。在信息社會中，數(shù)字圖像處理科學(xué)無論是在理論上還是在實踐上都存在巨大的潛力1,2。 隨著計算機、集成電路等技術(shù)的飛躍發(fā)展，圖像處理無論在算法上、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，還是在應(yīng)用上以及普及的程度上都取得了長足的發(fā)展。但是，圖像處理依然面臨著許多挑戰(zhàn)性的問題，其中最主要的問題就是如何提高解決實際復(fù)雜問題的綜合能力，就當(dāng)前的技術(shù)水平來說，這種綜合能力包括圖像處理的網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)雜問題的求解與處理速度的高速化3。 圖像并行處理技術(shù)是圖像處理中的一個重要方面，是提高圖像處理速度的最有效技術(shù)3，其發(fā)展水平一直受到圖像界的關(guān)注， 原因在于：一方面，圖像并行處理技術(shù)的發(fā)展難度很大，這種難度不僅在于圖像并行處理系統(tǒng)的硬件及系統(tǒng)處理本身，以及它對計算機技術(shù)和集成電路等技術(shù)的依賴關(guān)系，而且在于實際應(yīng)用的復(fù)雜性和應(yīng)用部門對系統(tǒng)價格的承受能力；另一方面，圖像并行處理技術(shù)的發(fā)展所產(chǎn)生的效應(yīng)也是非常顯著的，它在處理速度上所獲得的加速比是令人振奮的，其實際應(yīng)用系統(tǒng)也將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和社會效益。凡是在圖像處理技術(shù)應(yīng)用的地方都可以應(yīng)用圖像并行處理技術(shù)，目前由于受多方面原因的制約，其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在軍事、工業(yè)自動化以及公安部門的刑事偵察上，同時在這些應(yīng)用領(lǐng)域強有力的推動下，圖像并行處理技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。 現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積最小化、功耗中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2最低化的方向迅速發(fā)展。子設(shè)計自動化)技 術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計的要求， 吸收多學(xué)科最新成果而形成的一門新技術(shù)。利用有以下幾個特點： （1）用軟件的方式設(shè)計硬件； （2）用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的； （3）設(shè)計過程中可用有關(guān)軟件進行各種仿真； （4）系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級； （5）整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高； （6）從以前的“組合設(shè)計”轉(zhuǎn)向真正的“自由設(shè)計” ； （7）設(shè)計的移植性好，效率高； （8）非常適合分工設(shè)計，團體協(xié)作。因此，術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展趨勢4,5,6。 作為數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)有多種途徑7,8，9，10，11，12，13 ，14，15，16，傳統(tǒng)上多采用高級語言編程在計算機上實現(xiàn)，便于使用的還有在基于專用單片機來實現(xiàn)的（一般稱為可編程 片機）以及在 實現(xiàn)某種算法的專用集成電路芯片（，近年來，隨著經(jīng)濟快速、自行開發(fā)高性能的芯片級數(shù)字信號處理硬件提供了一個全新的設(shè)計平臺和廣闊的發(fā)展空間，國內(nèi)外比較流行的是在邊緣可定義為圖像中灰度發(fā)生急劇變化的 區(qū)域邊界,它是圖像最基本的特征，是圖像分析識別前必不可少的環(huán)節(jié),是一種重要的圖像預(yù)處理技術(shù)。邊緣檢測主要就是(圖像的)灰度變化的度量、檢測和定位,它是 圖像分析和模式識別的主要特征提取手段，它在計算機視覺、圖像分析等應(yīng)用中起著重要的作用，是圖像分析與處理中研究的熱點問題17， 18。 小波是定義在有限間隔而且其平均值為零的一種函數(shù)。小波變換通過平移母小波（獲得信號的時間信息，而通過縮放小波的寬度（或者叫做尺度）可獲得信號的頻率特性。因此小波變換是全局變換，在時域和頻域都具有良好的局部化性能，而且在應(yīng)用中易于考慮人類的視覺特性，從而成為圖像壓縮編碼的主要技術(shù)之一，并且離散小波變換已經(jīng)納入9,20。 本課題“數(shù)字圖像并行處理的 現(xiàn)研究” ，就是以 片 開發(fā)設(shè)計載體，以圖像預(yù)處理中的邊緣檢測和圖像小波變換編碼中的小波變換的 實現(xiàn)設(shè)計為研究對象，以提高圖像處理的速度為目標(biāo)，以并行算法、并行數(shù)據(jù)、并行結(jié)構(gòu)、并行處理等并行技術(shù)的綜合應(yīng)用為實現(xiàn)手段，以期探討數(shù)字圖像并行處理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 本課題所涉及的內(nèi)容包括圖像并行處理技術(shù)，術(shù)，圖像的邊緣檢測，小波變換圖像編碼技術(shù)。下面簡單地介紹一下它們的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 圖像并行處理技術(shù) 數(shù)字圖像處理就是用計算機或?qū)崟r的硬件進行的數(shù)字圖像信息的各種處理。數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容，大體上可分為如下幾個方面：圖像信息的獲??；圖像信息的存??；圖像信息的傳送；圖像信息的處理；圖像信息的輸出和顯示。其中圖像信息的處理又主要包括如下幾項內(nèi)容：幾何處理，算術(shù)處理，圖像增強，圖像復(fù)原，圖像重建，圖像編碼，圖像識別，圖像理解。數(shù)字圖像處理的方法大致可分為空域法和變換域法。而空域法又可分為鄰域處理法和點處理法1。 自20世紀(jì)60年代第三代數(shù)字計算機問世以后，數(shù)字圖像處理技術(shù)出現(xiàn)了空前的發(fā)展，其形勢方興未艾。在該領(lǐng)域中需進一步研究的問題有如下五個方面： （1）在進一步提高精度的同時著重解決處理速度問題； （2）加強軟件開發(fā)、開發(fā)新的處理方法；（3）加強邊緣學(xué)科的研究工作， 促進圖像處理技術(shù)的發(fā)展； （4）加強理論研究，逐步形成圖像處理科學(xué)自身的理論體系； （5）時刻注意圖像處理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化問題。圖像處理技術(shù)未來發(fā)展大致可歸納為如下四點： （1）圖像處理的發(fā)展將向著高速、高分辯率、立體化、多媒體化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展； （2）圖像、圖形相結(jié)合朝著三維成像或多維成像的方向發(fā)展； （3）硬件芯片研究； （4）新理論與新算法研究1。 圖像并行處理技術(shù)是圖像處理中的一個重要方面,是提高圖像處理速度的最有效的技術(shù)1。通過多年的發(fā)展，圖像并行處理技術(shù)也確定了它在圖像處理中的地位。 根據(jù)文獻3，21可知，圖像并行處理技術(shù)研究的 內(nèi)容，可分為并行處理算法、并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、并行實現(xiàn)手段等四個方面。 并行處理算法的研究21主要包括并行算法的概念，并行設(shè)計方法，并行計算模型以及性能評估準(zhǔn)則等內(nèi)容。 并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究3就是研究圖像數(shù)據(jù)處理的特點 ，并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，視頻數(shù)據(jù)的存儲，并行處理數(shù)據(jù)的輸入與輸出。 并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究就是研究處理單元與處理單元之間、處理單元與存儲體之間的通訊問題。常用的并行結(jié)構(gòu)有四種3:（1）環(huán)型結(jié)構(gòu)； （2）交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)； （3）樹型結(jié)構(gòu)； （4）構(gòu)； （5）構(gòu)。流水線和陣列型圖像并行處理，鄰域圖像并行處理機。 并行處理的實現(xiàn)手段，有軟件和硬件實現(xiàn)兩種形式，而硬件的實現(xiàn)形式3，22，23，24，25又可分為如下幾種： （1）基于計算機的圖像并行處理； （2）基于 圖像并行處理； （3）基于（4）基于 圖像并行處理。其中基于計算機的圖像并行處理又可分為并行計算機系統(tǒng)、基于于集群計算機系統(tǒng)的圖像并行處理等三種形式?；谥饕獜V泛應(yīng)用于手機、語言、家電等領(lǐng)域，并在高速圖像處理中得到了越來越中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4多的應(yīng)用。 而基于是近年新出現(xiàn)的形式，它已在數(shù)碼靜止相機，實時監(jiān)控系統(tǒng)等方面應(yīng)用。 術(shù) 什么叫于它是一門迅速發(fā)展的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富，理解各異，目前尚無統(tǒng)一的看法。文獻4認為，術(shù)有狹義的 術(shù)和廣義的 義的是指以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件方式設(shè)計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)，或稱為義的除了狹義的還包括計算機輔助分析印刷電路板計算機輔助設(shè)計在廣義的 術(shù)中，術(shù)和 術(shù)不具備邏輯綜合和邏輯適配的功能，因此它并不能稱為真正意義上的將廣義的對于迅猛發(fā)展的 術(shù)的綜合應(yīng)用， 從 術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的深度來分，可分為如下幾個層次5： （1）功能電路模塊的設(shè)計； （2）算法實現(xiàn)電路模塊的設(shè)計；（3）片上系統(tǒng)/嵌入式系統(tǒng)/現(xiàn)代根據(jù)利用 術(shù)所開發(fā)的產(chǎn)品的最終主要硬件構(gòu)成來分，作者認為，術(shù)的應(yīng)用發(fā)展將表現(xiàn)為如下幾種形式5： （1） 統(tǒng)：使用 術(shù)開發(fā)自行開發(fā)的 為電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)的主體。 （2） “C U”系統(tǒng)：綜合應(yīng)用 術(shù)與單片機技術(shù)，使自行開發(fā)的“為電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)的主體。 （3） “用 理器”系統(tǒng)：將 術(shù)與 用處理器配合使用，使自行開發(fā)的“用 理器” ，構(gòu)成一個數(shù)字信號處理系統(tǒng)的整體。 （4）基于 統(tǒng)：基于 a on a 術(shù)、（5）基于用超大規(guī)模的 現(xiàn)的，內(nèi)含 1 個或數(shù)個嵌入式 夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能的單一芯片系統(tǒng)。 （6）基于 現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)：使用 現(xiàn)的，內(nèi)含嵌入式處理器，能滿足對象系統(tǒng)要求實現(xiàn)特定功能的， 能夠嵌入到宿主系統(tǒng)的專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 圖像邊緣檢測 圖像邊緣檢測，作為一種重要的圖像預(yù)處理技術(shù)，就是研究更好的邊緣檢測方法和檢測算子。邊緣檢測的主要方法有： （1）微分算子法； （2）樣板匹配法； （3）邊界及曲線增強技術(shù)； （4）連續(xù)小波邊緣檢測； （5）邊緣聚焦； （6）紋理邊緣檢測； （7）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邊緣檢測。邊緣檢測的主要算子17，18，26有：（1）以各種微分算子為基礎(chǔ)，結(jié)合用模板及門限、平滑等手段提取邊緣的算子： 子 ； 子和 子； 子； 子； 子； 子。 （2）以傳統(tǒng)微分算子為基礎(chǔ)的改進算法： 基于左右導(dǎo)數(shù)算子類的邊緣提??； 基于梯度極值的邊緣檢測算法； 基于樣條修勻公式的邊緣檢測。 小波變換圖像編碼技術(shù) 1909 年，哈爾（函數(shù)空間中尋找一個與傅立葉類似的基時發(fā)現(xiàn)了小波，并被命名為哈爾小波（Ha ，他最早發(fā)現(xiàn)和使用了小波。隨后，科學(xué)家們在小波變換 WT（概念、系統(tǒng)的小波分析方法、構(gòu)造正交小波基、小波變換的算法等方面進行了大量的研究分析，特別是在把小波理論引入到工程應(yīng)用方面，做出了極其重要的貢獻，取得了很大發(fā)展。由于小波分析在時域和頻域同時具有良好的局部化特性，可以完成一些成為一種新的、應(yīng)用性很強的信號分析與處理工具，因此現(xiàn)在小波分析的理論與方法已廣泛應(yīng)用于信號處理，語音分析，模式識別，數(shù)據(jù)壓縮，圖像配準(zhǔn)，數(shù)據(jù)融合，數(shù)字水印、量子物理等方面19，27，28。 小波變換有連續(xù)小波變換和離散小波變換之分。在小波變換的實際使用中，使用的是離散小波變換的快速算法根據(jù)所使用的濾波器系數(shù)是否為整數(shù)，又可分為整數(shù)小波變換和浮點數(shù)小波變換。小波變換的難點是小波基的選擇19，29，小波變換的關(guān)鍵是濾波器 的正則性與信號的邊界處理30。小波分析的主要有效工具1。 基于小波變換的圖像編碼與經(jīng)典的圖像編碼方法相比，至少具有如下優(yōu)點19,32,33：（1）小波變換本質(zhì)上是全局變換，重建圖像中可以免除采用分塊正交變換編碼所固有的“方塊效應(yīng)” 。 （2）小波變換是采用塔式分解的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)，與人眼由粗到精、由全貌到細節(jié)的觀察習(xí)慣相一致，這是將 空間分解特性結(jié)合起來以改善圖像壓縮性能的有利條件。小波變換比經(jīng)典的變換（符合人的視覺特性，通過合理的量化編碼產(chǎn)生的人為噪聲比同樣比特率的（3）小波變換是圖像的時頻表示，具有時間頻域定位能力，并可實現(xiàn)圖像中平穩(wěn)成分中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6與非平穩(wěn)成分的分離，從而可對其進行高效編碼。 小波變換編碼算法中，嵌入式零樹小波編碼19，20，32，33，34、基于塔式網(wǎng)格矢量量化的小波變換編碼19，32，35，36、基于9， 32，37，38與基于提升算法的小波變換編碼19，32，39，40等具有代表性。其中嵌入式 零樹小波編碼算法是一個簡單而有效的,目前國際上最先進的方法之一,可以在相同 的壓縮倍數(shù)下得到最好的復(fù)現(xiàn)圖像質(zhì)量,而且是嵌入式編碼,能非常精確地控制壓縮倍數(shù)20。而基于提升方法的小波變換編碼，不僅具有計算更快捷，能夠在當(dāng)前位置完成小波變換從而節(jié)省內(nèi)存，能對任意尺寸圖像進行小波變換等優(yōu)點，還可以實現(xiàn)從整數(shù)到正數(shù)的變換，對變換后的數(shù)據(jù)進行熵編碼就能實現(xiàn)圖像的無損壓縮19。 離散小波變換的實現(xiàn)， 一般有軟件和硬件實現(xiàn)兩種， 但用軟件方法效率相對較低，對許多實時應(yīng)用而言（例如監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)碼靜止相機等等） ，常用硬件的方式實現(xiàn)。離散小波變換的前主要集中在要動 1現(xiàn)；雙緩沖區(qū)乒乓處理的 1換的 構(gòu)；2脈動并行架構(gòu)；基于輸入延遲和 制的 2架構(gòu)；基于提升策略的實現(xiàn)；可編程21同時也出現(xiàn)了小波變換2，23，24，25，51，52，但總的來將尚處于研究應(yīng)用的初級階段，有待于加強其研究。 作者的主要工作 作者首先對“數(shù)字圖像并行處理的涉及的圖像并行處理技術(shù)，術(shù)，圖像的邊緣檢測，小波變換圖像編碼技術(shù)進行了比較系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和分析，接著剖析了鄰域處理的算法及其并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，鄰域圖像并行處理機等與芯片級圖像并行處理器設(shè)計有關(guān)的圖像并行處理技術(shù)，最后重點闡述了作者綜合運用圖像并行處理技術(shù)設(shè)計的3個用像邊緣檢測器的 實現(xiàn)設(shè)計，整數(shù)小波變換的 現(xiàn)設(shè)計。各設(shè)計實例包括有關(guān)算法介紹，系統(tǒng)的總體設(shè)計，主要模塊的設(shè)計思想,有關(guān)設(shè)計的仿真結(jié)果和分析。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 圖像并行處理器的設(shè)計分析 7第第 二二 章章 圖圖 像像 并并 行行 處處 理理 器器 的的 設(shè)設(shè) 計計 分分 析析 圖像并行處理技術(shù)基礎(chǔ) 圖像并行處理技術(shù)的基本概念是并行性的概念， 而并行處理結(jié)構(gòu)和并行處理算法則是實現(xiàn)并行性的基本方法。在圖像并行 處理的研究中，從算法到結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換是非常重要的，因此，在一個圖像并行處理系 統(tǒng)中，何處運用并行處理技術(shù)以及采用何種并行處理技術(shù)，是設(shè)計圖像并行處理系統(tǒng)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。 基本概念 并行處理是計算機界長期研究的一個重大課題。 在計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中引入并行性所依據(jù)的 3 個基本概念是時間重疊（ 、資源重復(fù)（ 資源共享（ 3。 時間重疊是指多個處理過程在時間上相互錯開， 輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分。這種并行性在原則上不要求 重復(fù)設(shè)置硬件設(shè)備，以在同一時刻同時進行多種操作的方式提高處理速度。在實現(xiàn) 上，這種并行性在高性能處理機中表現(xiàn)為各種流水線部件或流水線處理機。 資源重復(fù)是設(shè)置多個相同的設(shè)備，同時從事處理工作。這種并行性是以數(shù)量取勝的方法來提高處理速度。在實現(xiàn)上，這種 并行性在高性能處理機中表現(xiàn)為各種多處理機或多處理器系統(tǒng)。 資源共享具有分時系統(tǒng)的基本特性， 即多個用戶按照一定的時間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。比如某個用戶在執(zhí)行一種 任務(wù)，而另一個用戶正按照一定的時間劃分使用中央處理器，這種在工作時間上的 重疊，也可視為并行性的一種形式。資源共享促進了計算機軟件中的并行性的發(fā)展 ，也推動了計算機網(wǎng)絡(luò)和分布式處理系統(tǒng)的發(fā)展。 從廣義上說，并行性既包括了同時性（ ，又包括了并發(fā)性（ ，前者是指 2 個或 2 個以上的事件在同一時刻發(fā)生，后者是指 2 個或2 個以上的事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。 提高計算機運算速度有兩種最基本的方法：一種是采用高速運算部件；另一種是運用并行計算。提高圖像處理的速度也是遵循這個基本思路來進行的。 常用的并行處理有兩種最基本的連接模式：流水線連接和并行陣列連接，其連接模式如圖 示。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 圖像并行處理器的設(shè)計分析 8圖 并行處理中的兩種最基本的連接模式(示處理單元) 圖2.1（a）所示的流水線結(jié)構(gòu)里，多種任務(wù)在流水線的各級上同時執(zhí)行，整個任務(wù)的速度取決于執(zhí)行時間最長的子任務(wù)的執(zhí)行時間。圖2.1（b）所示的連接模式是用多個處理單元組成一個并行陣列，每一個處理單元都可以獨立執(zhí)行任務(wù)。 在圖像并行處理中，有兩類并行性形式3： （1）流水線并行性； （2）數(shù)據(jù)并行性。圖 流水線并行性的示例 圖 數(shù)據(jù)并行性的示例 并行結(jié)構(gòu) 并行結(jié)構(gòu)需要解決處理單元與處理單元之間、 處理單元與存儲體之間的通訊問題。好的并行結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮并行處理的優(yōu)勢，取得接近于 N（處理單元數(shù)）倍單個處理器的速度。相反，其速度有可能降至單個處理器的水平。常用的并行結(jié)構(gòu)有四種3:（1）環(huán)型結(jié)構(gòu)； （2）交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)； （3）樹