[发明专利]一种基于FPGA的非下采样轮廓波分解变换系统及其实现方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的非下采样轮廓波分解变换系统,特征在于，包括系统初始化模块、图像信号接收模块、金字塔滤波器组模块、方向滤波器组模块、滤波器系数存储模块和子带图像输出模块；

其中，系统初始化模块，用于上电后对系统进行初始化，并为FPGA提供统一的全局时钟信号和复位信号；同时系统初始化模块与后端的图像信号接收模块、金字塔滤波器组模块、方向滤波器组模块、滤波器系数存储模块和子带图像输出模块的输入端连接；

滤波器系数存储模块，用于在FPGA内部存储所有待用滤波器的滤波系数，其输出端分别与金字塔滤波器组模块和方向滤波器组模块的输入端相连接；

图像信号接收模块，用于接收输入FPGA的待分解的源图像和控制信号，根据输入的控制信号获得非下采样轮廓波变换的多尺度分解和多方向分解的数目，且图像信号接收模块与金字塔滤波器组模块和方向滤波器组模块的输入端相连；

金字塔滤波器组模块，包含多级图像数据缓存模块和金字塔滤波模块，其中金字塔滤波模块包括高通滤波器和低通滤波器；

所述图像数据缓存模块的输出端与同级的金字塔滤波模块的输入端相连，所述金字塔滤波模块的低通滤波器的输出端与下一级的图像数据缓存模块的输入端相连；且第一级图像数据缓存模块的输入端与图像信号接收模块的输出端相连；

各级金字塔滤波模块的高通滤波器的输出端与方向滤波器组模块的输入端相连，用于将金字塔滤波器组模块的每级滤波器输出的高频分量输入至方向滤波器组模块的输入端；

且最后一级金字塔滤波模块的低通滤波器的输出端还与子带图像输出模块的输入端相连，用于将金字塔滤波器组模块的最后一级滤波器输出的低频分量输入至子带图像输出模块；

方向滤波器组模块，包括多级图像数据缓存模块和方向滤波模块；

其中，图像数据缓存模块的输出端与同级的方向滤波模块的输入端相连，方向滤波模块的输出端与下一级的图像数据缓存模块的输入端相连；且第一级图像数据缓存模块的输入端与金字塔滤波器组模块的各级金字塔滤波模块的高通滤波器的输出端相连；

且最后一级方向滤波模块的输出端与子带图像输出模块的输入端相连；

子带图像输出模块，用于存储和读取非下采样轮廓波变换分解后的子带图像，并按照预设格式将分解结果输出FPGA。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，系统初始化模块包含3个子模块，分别是时钟分频子模块、工作时钟选择子模块和复位信号产生子模块；

其中工作时钟选择子模块与时钟分频子模块的输出端相连，同时工作时钟选择子模块与滤波器系数存储模块的输出端相连。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，子带图像输出模块输出的各分解结果与源图像的尺寸保持一致。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，设置子带图像输出模块的存储空间大于源图像对应的数据量的一倍。

5.基于权利要求1～4任一所述的系统的非下采样轮廓波分解变换的实现方法，包括如下步骤：

系统初始化步骤，系统初始化模块在上电后对整个系统进行初始化操作，并为FPGA提供统一的全局时钟信号和复位信号；

滤波器系数存储步骤，滤波器系数存储模块在系统初始化阶段将待使用的所有滤波器系数存入FPGA内部存储模块中，在执行滤波操作时将存储的数据传递给金字塔滤波器组模块和方向滤波器组模块；

图像信号接收步骤，接收输入FPGA的源图像和控制信号，根据输入的控制信号获得非下采样轮廓波变换的多尺度分解数目n和多方向分解数目m；

金字塔滤波器组滤波步骤，金字塔滤波器组模块从图像数据接收模块获取源图像并存入第一级数据缓存模块，然后分别用金字塔滤波模块的高通滤波器和低通滤波器进行第一级金字塔滤波；并将当前级的金字塔滤波输出的低频子带图像存入下一级的数据缓存模块中，对每一级的金字塔滤波输出的低频子带图像重复进行金字塔滤波处理，得到与控制信号的多尺度分解数n匹配的n个高频子带图像；并将n个高频子带图像输入方向滤波器组模块，以及将最后一级金字塔滤波输出的低频子带图像输入子带图像输出模块；

方向滤波器组滤波步骤，方向滤波器组模块通过分级方向滤波的形式对每一级金字塔滤波后的高频子带图像的进行m级方向分解，并将最后一级方向分解结果输入子带图像输出模块；

子带图像输出步骤，子带图像输出模块接收来自金字塔滤波器组模块的低频子带图像，以及来自方向滤波器组模块的方向分解结果，并按照预设格式输出。