【正文】 ............................................................................................ 6 指紋識別系統(tǒng)的構(gòu)成 ....................................................................................... 6 國際較為流行的圖像壓縮算法 ......................................................................... 7 算法介紹 .................................................................................................... 7 JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) .................................................................................... 7 WSQ指紋壓縮算法標(biāo)準(zhǔn) ............................................................................. 7 第二章 算法總體結(jié)構(gòu) ............................................................................................... 9 圖像處理中的頻域分析法 ................................................................................ 9 ． 1 傅立葉變換 .............................................................................................. 9 小波變換 ................................................................................................... 9 小波變換的優(yōu)勢 ....................................................................................... 10 圖像壓縮算法設(shè)計(jì)的基本思想 ........................................................................ 10 算法的流 程圖 ........................................................................................... 10 小波變換模塊簡介 .................................................................................... 11 壓縮編碼模塊簡介 ............................................................................... 11 第三章 小波變換模塊 .............................................................................................. 13 小波變換 Mallet 算法 ................................................................................... 13 Mallat 算法系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................................ 13 二抽值模塊的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 14 濾波模塊的設(shè)計(jì) （ DA算法） ......................................................................... 15 ........................................................................ 16 濾波器的 VHDL實(shí)現(xiàn)： ............................................................................. 17 移位寄存器的實(shí)現(xiàn) .................................................................................... 18 查找表的實(shí)現(xiàn) ........................................................................................... 19 寄存器的實(shí)現(xiàn) ........................................................................................... 20 總結(jié) ............................................................................................................... 22 第四章 基于小波變換的壓縮編碼 ............................................................................. 23 5 霍夫曼編碼 ..................................................................................................... 23 霍夫曼編碼的理論基礎(chǔ) ............................................................................. 23 霍夫曼編碼基本流程 ............................................................................... 23 樹的構(gòu)造基本思想 .................................................................................... 24 樹的構(gòu)造實(shí)現(xiàn) ........................................................................................... 25 第五章 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 .................................................................................................... 27 小波變換設(shè)計(jì)驗(yàn)證 .......................................................................................... 27 DA算法結(jié)構(gòu)正確性驗(yàn)證 ........................................................................... 27 移位寄存器功能驗(yàn)證 ................................................................................ 28 latch1 和 latch2 功能驗(yàn)證 ............................................................................ 28 DA濾波器的性能分析 ............................................................................... 29 霍夫曼樹的驗(yàn)證 ............................................................................................. 30 第六章 總結(jié)與展望 .................................................................................................. 35 參 考 文 獻(xiàn) 36 致 謝 37 6 第一章 緒論 背景 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) ， 電路集成技術(shù) ， 圖像處理技術(shù)和模式識別技術(shù)的飛速發(fā)展 ， 安全方便的自動指紋識別系統(tǒng)已開始應(yīng)用于桌面電腦 ，筆記本電腦 ， 提款機(jī) ， 蜂窩電話 ， 考勤系統(tǒng) ， 門禁控制以及電子商務(wù)安全系統(tǒng) ?；诖吮疚膶Υ苏n題展開了研究并提出了小波變換 +霍夫曼編碼組合使用的圖像壓縮算法。 在實(shí)際應(yīng)用中，如果采用軟件進(jìn)行霍夫曼編碼，編碼速度將處理器時(shí)鐘頻率的制約，并且功耗太高，因而無法應(yīng)用在 高速的或者要求低功耗的環(huán)境中，因此文章設(shè)計(jì)一種能夠使用硬件實(shí)現(xiàn)的霍夫曼算法。 遍及軍隊(duì)、銀行 、 保險(xiǎn) 、 邊防檢查 、 公安 、 醫(yī)療衛(wèi)生及網(wǎng)絡(luò)接入等各個領(lǐng)域 。 指紋識別系統(tǒng)的構(gòu)成 一個指紋識別系統(tǒng)一般由兩部分構(gòu)成 ： 指紋圖像采集部分和指紋識別部分 。因?yàn)樾〔ㄗ儞Q比 DCT這樣的傅立葉變換的性能更優(yōu)越，是一種自適應(yīng)的時(shí)頻分析方法，具有多分 辨分析功能，也被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡。單純依賴于提高計(jì)算機(jī)硬件和通信設(shè)施的性能是跟不上應(yīng)用需求的。根據(jù)有關(guān) JPEG2021計(jì)算復(fù)雜度的分析報(bào)告顯示， JPEG2021 的高強(qiáng)度 +計(jì)算任務(wù)包括嵌入式優(yōu)化截?cái)鄩K編碼 (EBCOT)的 Tier1 以及離散小波變換模塊，它們幾乎貢獻(xiàn)了全部計(jì)算復(fù)雜度的 80%，構(gòu)成了 JPEG2021 高速實(shí) 時(shí)運(yùn)行的嚴(yán)重瓶頸 WSQ 指紋壓縮算法標(biāo)準(zhǔn) 由美國 FBI 發(fā)布的基于小波變換的 WSQ 指紋壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)，也采用了小波變換 +標(biāo)量量化和壓縮編碼等技術(shù)。小波變換方面本文將著重討論當(dāng)今最為流行的設(shè)計(jì)算法 Mallet 算法，并給出設(shè)計(jì)方法。 ． 1傅立葉變換 信號處理中，重要的方法之一是傅立葉變換，它架起了時(shí)間域和 頻率域之間橋梁。這是因?yàn)樾盘枙r(shí)域波形中不包含任何信息，而其傅立葉譜是信號的統(tǒng)計(jì)特性，它是信號整個時(shí)域內(nèi)的積分，沒有局部化分析信號的功能， 所以不具備時(shí)域信息。正是這種特性，使小波變換具有對信號的自適應(yīng)性。 圖像壓縮算法設(shè)計(jì)的基本思想 算法的流程圖 指紋采集器得到指紋圖像數(shù)據(jù)小波變換近似值 細(xì)節(jié)值壓縮編碼壓縮后的數(shù)據(jù)舍棄、 圖 2 算法總體流程圖 11 總 線 模 塊R O M接 口指 紋 采 集芯 片液 晶 顯 示器液 晶 顯 示器 接 口按 鈕 按 鈕 接 口數(shù) 據(jù) 存 取控 制 模 塊特 征 提 取與 儲 存N I O S 處 理 器定 時(shí) 器壓 縮 模 塊F l a s h 和 S R A M 圖 3 指紋識別系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖 小波變換模塊簡介 小波變換的工作主要是將指紋采集器采集到的原始信號分為低頻和高頻分量，依據(jù)圖像的低頻分量能夠近似反映原始圖像，而高頻分量只僅僅起一個修飾作用的原理，只保留低頻分量，從而起到壓縮圖像數(shù)據(jù)的作用。本文將介紹的霍夫曼編碼是無損編碼的一種，是一種基于統(tǒng)計(jì)特性的可變字長的編碼方法。 13 第三章 小波變換模塊 小波變換 Mallet算法 執(zhí)行離散小波變換的有效方法一種是使用濾波器，該方法是Mallet于 1988提出的，稱為 Mallet算法。 (2) 通過低通濾波器和產(chǎn)高通濾波器的 數(shù)據(jù)再次通過二抽值模塊，得到近似小波系數(shù)和細(xì)節(jié)小波