【正文】 （ 12? 0a + 1a ） 3 22?0a + 12? 1a + 2a 12? （ 22? 0a + 12? 1a + 2a ） …… …… …… 16 152?0a + 142? 1a + 132? 2a +……02 15a 12? （ 152? 0a +…… 02 15a ）（ 16個(gè)時(shí)鐘后，一輪 運(yùn)算結(jié)束）。 表 3 累加器和 latch1的輸出結(jié)果 latch1最終輸出()yn = 152? 0a + 142? 1a + 132? 2a + 02 15a = 152? ( 0a +12 1a + 2 2a +…… 152 15a 。而在設(shè)計(jì)的最開(kāi)始，我們已將求得的濾波器的系 數(shù)擴(kuò)大了 152 倍，所以最后濾波器的輸出結(jié)果為 ()yn = 0a + 12 1a + 2 2a +…… 152 15a ，與推導(dǎo)出來(lái)的公式一樣，即本文設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu)能夠完全實(shí)現(xiàn)濾波功能。 28 移位寄存器仿真驗(yàn)證 本文設(shè)計(jì)的移位寄存器的功能是在時(shí)鐘上跳沿到來(lái)后，如果控制信號(hào) k =‘ 1’則數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器，當(dāng)輸出使能信號(hào) ready =‘ 1’時(shí)，輸出當(dāng)前移位寄存器的第一位，同時(shí)移位寄存器整體向右移一位。其仿真波形如下圖： 圖 17 移位寄存器的仿真波形 可以從圖中看出移位寄存器的功能與設(shè)計(jì)相 符，能夠滿(mǎn)足要求。 latch1和 latch2仿真驗(yàn)證 latch1在每個(gè)時(shí)鐘下跳沿到來(lái)后，儲(chǔ)存累加器的輸出結(jié)果并輸出，latch2當(dāng)?shù)?16個(gè) ready高電平到來(lái)后，輸出 latch1的輸出結(jié)果，此即為最終濾波完成的數(shù)據(jù)。其功能仿真圖如下： 29 圖 18 latch1功能仿真圖 圖 19 latch2功能仿真圖 從圖中看出 latch1的功能從圖中看出就是實(shí)現(xiàn)了一個(gè) D觸發(fā)器的功能，而 latch2在 ready信號(hào)到來(lái) 16個(gè)后輸出最后的輸入值，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。 DA濾波器的 性能分析 使用 DA 算法實(shí)現(xiàn)濾波器的核心是將濾波器的乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為查找表運(yùn)算，從而大大的減少了乘法器和累加器的使用。在查找表的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)上，通過(guò)?分解級(jí)聯(lián)?的方式簡(jiǎn)化了查找的規(guī)模，使之能夠?qū)崿F(xiàn)高階 FIR 濾波器。濾波器功能驗(yàn)證時(shí)設(shè)定波形圖中時(shí)鐘周期 clk為 10ns，通過(guò)分析其仿真波形圖可以發(fā)現(xiàn)，每隔 180 ns 左右的時(shí)間就可以得到一個(gè)輸出，證明 DA 算法的運(yùn)算速度僅僅只與輸入數(shù)據(jù)序列的位寬有關(guān)。由表 3 可以看出系統(tǒng)耗用的資源也很少： 30 Logic utilization used availablc utilization Logic elements 327 33216 1% Combination functions 305 33216 1% pins 266 475 56% 表 4 系統(tǒng)綜合的資源使用狀況 同時(shí)本次設(shè)計(jì)的濾波器一共使用了 294 個(gè)寄存器。濾波器仿真波形如下： 圖 20 濾波器的仿真波形圖 可以看出經(jīng)歷 18 個(gè)時(shí)鐘周期后，濾波器得到輸出結(jié)果，與設(shè)計(jì)相符。 霍夫曼編碼驗(yàn)證 輸入 9 個(gè)數(shù)據(jù) {101,59,11,10,7,6,5,2,0}其中 101 為無(wú)窮大項(xiàng)，運(yùn)行程序得到仿真圖為： 圖 21 輸入數(shù)組 ss 31 圖 22 得到的霍夫曼樹(shù)序列 s 仿真圖中，輸出的第 15 個(gè)端口即為構(gòu)建的霍夫曼樹(shù)的根結(jié)點(diǎn)，整個(gè)霍夫曼樹(shù)按照從上至下，從右至左的順序放到序列 s 中。 以上節(jié)輸入葉節(jié)點(diǎn)為例，依據(jù)第四章的構(gòu)建霍夫曼樹(shù)的規(guī)則，我們可以得到一個(gè)如下圖的霍夫曼樹(shù)： 32 0 22 57 1 01 74 11 0 02 341 1 1 36 75 9 圖 23 構(gòu)建的霍夫曼樹(shù) 從上至下，從右至左的將節(jié)點(diǎn)記下，得 到的正是上節(jié)仿真得到的序列 s。 y 在分配編碼中的作用是作為指針參與所有葉節(jié)點(diǎn)的遍歷，所以通過(guò) y 的值的變化可以看出遍歷的正確性與否，以值等于 6 的葉節(jié)點(diǎn)為例，查看 y 的遍歷（圖中第三行 put0 輸出 y 值）如下圖所示： 圖 24 葉節(jié)點(diǎn)值為 6 的節(jié)點(diǎn)的遍歷過(guò)程 33 對(duì)照?qǐng)D 23 霍夫曼樹(shù)中葉節(jié)點(diǎn)值為 6 的節(jié)點(diǎn)，其遍歷過(guò)程正如仿真圖所示，證明本文設(shè)計(jì)的編碼算法的正確性。對(duì)所有的葉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相同的遍歷后得到最后的霍夫曼編碼 (b 代表霍夫曼編碼的輸出 )，如下圖所示： 圖 25 所有葉節(jié)點(diǎn)的霍夫曼編碼 跟據(jù)圖 23 所示的霍夫曼樹(shù)，可以求得 每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)（左節(jié)點(diǎn)賦 0，反之賦 1）的編碼如下表： 葉節(jié)點(diǎn)值 霍夫曼編碼 0 00000 2 00001 5 0001 6 0110 7 0111 10 001 11 010 59 1 表 5 每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)的霍夫曼編碼 所有葉節(jié)點(diǎn)的編碼為 10100010111011000010000100000 跟圖 25所示的仿真值相等，所以霍夫曼編碼算法完全正確。 霍夫曼編碼算法性能分析 本文設(shè)計(jì)的霍夫曼編碼算法分為兩部：先構(gòu)建霍夫曼樹(shù)然后再分配編碼。本文輸入 8Bit 數(shù)據(jù)，構(gòu)建出一個(gè)霍夫曼樹(shù)需 要 7 個(gè)時(shí)鐘周期。分配編碼所用的時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)閷?duì)每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)需要對(duì)整個(gè)霍夫曼表進(jìn)行一次遍歷需要 7 個(gè)時(shí)鐘周期，所以，所有的運(yùn)算需要 63 34 個(gè)時(shí)鐘周期左右才能完成。同時(shí)有的節(jié)點(diǎn)需要幾個(gè)時(shí)鐘周期才能遍歷到，所以每生一個(gè)編碼所需的時(shí)間是不確定的。所以本文設(shè)計(jì)的霍夫曼編碼速度上不夠理想。 35 第六章 總結(jié)與展望 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象是基于 SOPC 的指紋識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮模塊，經(jīng)過(guò)查閱資料，本文主要對(duì)小波變換 +壓縮編碼形式的壓縮算法進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。 本文首先 介紹了指紋識(shí)別系統(tǒng)在當(dāng)今世界的廣泛應(yīng)用，以及數(shù)據(jù)壓縮模塊對(duì)于指紋識(shí)別系統(tǒng)的重要性。同時(shí)對(duì)世界上較為通用的幾個(gè)算法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。在第二章，我們就對(duì)本次算法的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大體的介紹。在第三章本文介紹了 Mallet 算法實(shí)現(xiàn)小波變換。在濾波器實(shí)現(xiàn)方面，采用 DA 算法實(shí)現(xiàn)，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是將傳統(tǒng) FIR 濾波器的乘法和累加以查找表的形式代替，使系統(tǒng)減少了大量的乘法器和累加器，從而大大的提高了濾波器的運(yùn)算速度。本文設(shè)計(jì)的濾波器得到輸出結(jié)果只需要 18 個(gè)時(shí)鐘周期，這說(shuō)明采用 DA 算法的濾波器的運(yùn)算速度只與輸入數(shù)據(jù)序列位寬 有關(guān)。所以這種濾波器也很適合利用在大型工程中。其后就對(duì)二抽值模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。第四章就霍夫曼編碼展開(kāi)了討論，本文設(shè)計(jì)基于硬件可以實(shí)現(xiàn)的霍夫曼編碼，具體思路是首先建立起霍夫曼樹(shù)從而能夠得到霍夫曼表，從而得到葉節(jié)點(diǎn)的編碼，基本上整個(gè)設(shè)計(jì)思想是基于一種串行的編碼工作流程。因?yàn)楸疚牡难芯繉?duì)象并不需要很高的分辨率，在實(shí)現(xiàn)其基本功能基礎(chǔ)上采用串行的結(jié)構(gòu)是能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件的。但無(wú)疑并行的霍夫曼編碼器結(jié)構(gòu)速度更快，功耗更小。 總結(jié)本次設(shè)計(jì)，工作還不是很完善，還有很多地方需要改進(jìn)：1 設(shè)計(jì)的小波變換和壓縮編碼并沒(méi) 有下載到試驗(yàn)板進(jìn)行調(diào)試。 2 小波變換的設(shè)計(jì)還應(yīng)該設(shè)計(jì)反變換模塊。 3 由于 FPGA 很難計(jì)算浮點(diǎn)數(shù)，所以本文將所有浮點(diǎn)數(shù)四舍五入化整進(jìn)行運(yùn)算。這樣勢(shì)必會(huì)帶來(lái)一些誤差，但是本文并沒(méi)有對(duì)此進(jìn)行比較。 滿(mǎn)足其功能，結(jié)構(gòu)還是比較復(fù)雜，速度較慢，并沒(méi)有優(yōu)化。 業(yè)設(shè)計(jì)的對(duì)象是一套圖像壓縮算法，本文只是分別討論設(shè)計(jì)了小波變換和霍夫曼編碼兩種設(shè)計(jì)，并沒(méi)有使兩個(gè)模塊整合使用 因?yàn)槲业膶?zhuān)業(yè)并不是圖像處理方面的，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)可能存在很多不足的地方，敬請(qǐng)廣大專(zhuān)家批評(píng)指正。 36 參 考 文 獻(xiàn) 【 1】 王亞娟 倪奎 曠捷 王安文 。基于 FPGA的高性能離散小波變換設(shè)計(jì) . 武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子科技系，武漢， 2021. 【 2】 孫超 楊春玲 . 一種低存儲(chǔ)高速并行小波變換算法的 FPGA實(shí)現(xiàn) . 哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院，哈爾濱 【 3】 陳莉 王嘉 . 一種應(yīng)用于指紋識(shí)別系統(tǒng)的指紋圖像壓縮算法 . 上海交通大學(xué)圖像通信與信息處理研究所 。 【 4】林建英，伍勇，李建華，全偉偉 . 一種易于硬件實(shí)現(xiàn)的快速自適應(yīng)哈夫曼編碼算法 . 大連理工大學(xué)電子與信息工程學(xué) 院．遼寧大連，．清華大學(xué)電子工程系，北京 【 5】晏金成 . 基于 DA 算法的 FI R 濾波器的 FPGA 實(shí)現(xiàn)， (廣東工業(yè)大學(xué)，廣州 ， 【 6】 李明緯 黃世震 ， 應(yīng)用分布式算法在 FPGA 平臺(tái)實(shí)現(xiàn) FIR 低通濾波器 . 福州大學(xué) 福建省微電子集成電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室福州 【 7】杭小慶，張素文，王天珍 一種基于小波變換圖像壓縮編碼方法 . (武投稿繪科技大學(xué) (武漢汽車(chē)工業(yè)大學(xué) ) 37 致 謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向給予過(guò)我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助的人表示最衷心的感謝。 深深地感謝我的導(dǎo)師 **教員。教員一直以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的知識(shí)對(duì)我嚴(yán)格要求和諄諄教誨。在半年的時(shí)間里，李教員在學(xué)習(xí)、工作等各個(gè)方面都給予了我耐心詳細(xì)的指導(dǎo)，時(shí)常檢查我論文的完成情況，一一解答我在論文完成過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。本論文從選題、研究到最后完成，都是在李老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在此，謹(jǐn)向 *教員致以最衷心的感謝。 38 項(xiàng) 目 經(jīng) 理項(xiàng) 目 副 經(jīng) 理 項(xiàng) 目 總 工 質(zhì) 安 總 監(jiān)工程管理部物資管理部技術(shù)管理部檢測(cè)試驗(yàn)室質(zhì)安管理部監(jiān) 督 工 程 管 理部 、 物 資 管 理部 、 檢 測(cè) 試 驗(yàn) 室現(xiàn) 場(chǎng) 質(zhì) 檢 員 、 施 工 員施 工 班 組 3N7N承 承 承 承 承 承 承承 承3S7S承 承 承 承 承 承承 承 承3N7N承 承 承 承 承 承 承承 承 承 承3S7S承 承 承 承 承 承承 承 承 承 承3N7N承 承 承 承 承 承 承承 承3S7S承 承 承 承 承 承承 承 承3N7N承 承 承 承 承 承 3S7S承 承 承 承 承 承3N7N承 承 承 承 承 承 承承 承 承 承3S7S承 承 承 承 承 承承 承 承 承 承3N7N承 承 承 承 承 承 承承 承 承3S7S承 承 承 承 承 承承 承 承 承3N7N承 3S7S承 承 承承 承 承3N7N承 承 承 承 承 承 3S7S承 承 承 承 承 承e39。 d39。A（萬(wàn)kWh）shg1Pshg1PshfPb b39。tjA shfP39。ae39。cdPq 9J WKf f wvGt YM *Jgamp。6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。UE9aQ@Gn8xp$Ramp。849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQc@UE%amp。qYp@Eh5pDx2zVkum amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTamp。k sv*3t nGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。M uWFA5uxY7J nD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%M z849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQc@UE%amp。qYp@Eh5pDx2zVkum amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3tnGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。M uWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQc@UE%amp。qYp@Eh5pDx2zVkum amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTamp。ksv*3t nGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。M uW FA5uxY7J nD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%M z849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQc@UE%amp。qYp@Eh5pDx2zVkum amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3tnGK8!z89Am UE9aQ@Gn8xp$Ramp。849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQc@UE%amp。qYp@Eh5pDx2zVkum amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5uxY7J nD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gjqv^$