【正文】 = 2 。w h e n 0 1 0 1 = t a b l e _ o u t = 1 。w h e n 0 0 1 1 = t a b l e _ o u t = 1 。w h e n 0 0 0 1 = t a b l e _ o u t = 2 。 h E 6 3 C 圖 10 查找表的 RTL圖 設(shè)計(jì)的查找表輸入 4位，輸出為采樣值和濾波系數(shù)的乘積。 h 1 2 6 2 t a b l e _ i n [ 3 . . 0 ]t a b l e _ o u t [ 3 . . 0 ]M u x 21 6 39。 h 0 F b ~[ 1 4 . . 0 ] 圖 9 移位寄存器的 RTL圖 查找 表的實(shí)現(xiàn) 以其中一個(gè)查找為例：S E L [ 3 . . 0 ]D A T A [ 1 5 . . 0 ]O U TM U XS E L [ 3 . . 0 ]D A T A [ 1 5 . . 0 ]O U TM U XS E L [ 3 . . 0 ]D A T A [ 1 5 . . 0 ]O U TM U XS E L [ 3 . . 0 ]D A T A [ 1 5 . . 0 ]O U TM U XM u x 01 6 39。 其 RTL圖如下 ： 19 +A [ 4 . . 0 ]B [ 4 . . 0 ]A D D E RD QP R EE N AC L RDE N AQP R EC L R=A [ 4 . . 0 ]B [ 4 . . 0 ]E Q U A LDE N AQP R EC L RD QP R EE N AC L RSELD A T A AD A T A BO U T 0M U X 2 1SELD A T A AD A T A BO U T 0M U X 2 1A d d 05 39。e n d i f 。t = t + 1 。 ) t h e no u t p u t = b ( 0 ) 。 a n d k = 39。i f ( r e a d y = 39。 ) t h e nb = a 。 ) t h e ni f ( k = 39。 e v e n t a n d c l k = 39。t = 0 。 0 39。 。 o r t = 1 5 ) t h e no u t p u t = 39?；诖嗽O(shè)計(jì)代碼如下： p r o c e s s ( c l k , c l r , t )b e g i ni f ( c l r = 39。 其中 k信號是移位寄存器的讀入信號， ready信號是寄存器的輸出使能信號。 r e a d y : i n s t d _ l o g i c 。 c l r : i n s t d _ l o g i c 。 移位寄存器的實(shí)現(xiàn) 本文一共需要 16個(gè)并行的相同的移位寄存器，此處以其中一個(gè)為例，寄存器的端口設(shè)定如下： p o r t ( a : i n s t d _ l o g i c _ v e c t o r ( 1 5 d o w n t o 0 ) 。若用一個(gè)查找表．則深度為 162 =65536．可見前者極大地減小了查找表規(guī)模。查找表設(shè)計(jì)為四個(gè) 4輸入的 LUTs。所以查找表的設(shè)計(jì)對濾波器的實(shí)現(xiàn)十分重要。在 K次 (K為采樣數(shù)據(jù)寬度。各個(gè)映射值都由相應(yīng)的二次冪加權(quán)并累加。這樣可以通過建立查找表來實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)算，采用 DA算法的 FIR濾波器在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)．可以采用一個(gè)查找表 LUT實(shí)現(xiàn)映射f(h(n), ()bxn)。經(jīng)查找表運(yùn)算的 4個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)相加，通過累加器，在時(shí)鐘下跳沿到來時(shí)存入寄 18 存器并將寄存器里的數(shù)據(jù)乘以 12? 后進(jìn)入累加器進(jìn)行運(yùn)算。 VHDL實(shí)現(xiàn)： 濾波器的結(jié)構(gòu)圖如下： X 0 [ 0 ] X 0 [ 1 ] X 0 [ 2 ] X 0 [ N 1 ]累 加 器 / 累 減 器移 們 寄 存 器* 2 ^ 1C L RD Q C L K Q ’S E T R O MR O M+ 圖 8 DA算法結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)思想：構(gòu)造 16行的移位寄存器，每個(gè)移位寄存器能儲(chǔ)存 b（本文 b=16）個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)，四個(gè) 4輸入的查找 表，加法器和寄存器。輸入數(shù)據(jù) X(n)為 16位，輸出 Y（ n）為 16位的低通濾波器 ,設(shè)計(jì)方法為 FIR采用窗口法。 2用 VHDL語言設(shè)計(jì)邏輯電路。將公式（ 3）代入公式（ 2），可得：()yn =[ 00( 0 ) ( 0 ) (1) (1)h x h x? ? ? 00.. . ( ) ( 1)] 2h n x n? ? ? ?+[ 1(0) (0)hx?h? 111(1 ) (1 ) ... ( 1 ) ( 1 ) ] 2x h n x n? ? ? ? ? ?+ 11[ ( 0) ( 0) (1 ) (1 ) .. .bbh x h x??? ? ? ( 1)hn?? 11 ( 3 4 )( 1)] 2 bbxn ????? 由上 式可知，分布式算法的實(shí)質(zhì)就是：將輸入變量的一個(gè)數(shù)據(jù)位和所有濾波器抽頭系數(shù) h[0]h[n1]的每一位進(jìn)行 ? 與 ? 運(yùn)算并求和，而指數(shù)部分則說明了求和結(jié)果的位權(quán)，整數(shù)乘以 2^b就是左移 b位，對此可以通過硬件連線實(shí)現(xiàn)，不占用邏輯資源。 由于 FIR濾波器的系數(shù)具有對稱性，分布式算法（ DA算法）提出可將乘法去處轉(zhuǎn)換為移位相加，從而節(jié)約硬件資源，下面看乘積和公式： ? ? ? ? ? ?1 ( 3 2 )0Nny n h n x n? ??? ? 假設(shè) FIR系數(shù) h[n]已知。最后數(shù)據(jù)選擇器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入寄存器。 數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì) :利用計(jì)數(shù)模塊最后的輸出信號 sign作為數(shù)據(jù)選擇器的控制信號，當(dāng) sign為高電平時(shí)，則輸出 FIFO輸出端 q端的數(shù)值。 0 39。 。e l s e s i g n = 39。 1 39。 。i f ( q = 2 ) t h e ns i g n = 39。 ) t h e n q = q + 1 。 e v e n t a n d c l k = 39。 ) t h e n q = 0 。 h 1 i f ( c l r = 39。所以基于此，計(jì)數(shù)模塊整體需要一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)控制器，如圖所示： cl kcl rco nsi g ncl k ys i g nc l rc o n t ro l l e r: u 2c l kc o u n t e r: u 1 控制器的輸出作為計(jì)數(shù)器的清零信號，計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)如圖： +A [ 1 . . 0 ]B [ 1 . . 0 ]A D D E R=A [ 1 . . 0 ]B [ 1 . . 0 ]E Q U A LD QP R EE N AC L REq u a l 02 39。 圖 7 二抽值結(jié)構(gòu)圖 15 計(jì)數(shù)模塊（ t3)設(shè)計(jì)思想：由 rdreq作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘，時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)一個(gè)高電平，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加一。 二抽值模塊的設(shè)計(jì) 二抽取的 FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖 5所示：二抽取通過調(diào)用 Altera的IP核 — FIFO實(shí)現(xiàn)。 (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)小波系數(shù)，作為下一步工作的數(shù)據(jù)。 用濾波器執(zhí)行離散小波變換的概念如圖 2所示通過兩個(gè)互補(bǔ)的濾波器組，其中一個(gè)濾波器為低通濾波器，通過該濾波器可得到信號的近似值，另一個(gè)為高通濾波器，通過該濾波器可得到信號的細(xì)節(jié)值。 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。如果碼字長嚴(yán)格按照所對應(yīng)符號的出現(xiàn)概率的大小逆序列排列，則平均碼長一定小于其他任何符號順序方式，即這是一種最接近于熵值的?最佳編碼?。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。壓縮編碼一般分為有損壓縮和無損壓縮兩種，無損編碼可以完全恢復(fù)原始圖像而不引入失真，它利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性來進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，解壓縮后的還原圖像與原始圖像完全一致。 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(chǔ) 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(gè)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。 10 小波變換的優(yōu)勢 在頻域中，傅立葉變換具有較好的局部化能力，特別是對于那些頻率成分比較簡單的確定性信號，傅立葉變換很容易把信號表示成各頻率成分的疊加和的形式，但在時(shí)域中，傅立葉變換沒有局部化能力，無法從信號 f(t)的傅立葉變換 F(w)中看出 f(t)的任一時(shí)間點(diǎn)附近的性態(tài)。正是這種特性，使小波變換具有對信號的自適應(yīng)性。 在實(shí)際生活中，瞬變信號范圍比平衡信號大得多，也更加復(fù)雜，信號在某一時(shí)刻附近的頻域特征都很重要，這就激勵(lì)著我們?nèi)ふ乙环N新的分析方法，即能將時(shí)域和頻域結(jié)合起來描述觀察信號的聯(lián)合性。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(gè)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。 從物理意義上講，傅立葉變換的實(shí)質(zhì)是把 f(t)波形分解成許多不同頻率的正弦波的疊加和，這樣我們就可以從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域?qū)崿F(xiàn)對信號的分析。 ． 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。 9 第二章 算法總體結(jié)構(gòu) 圖像處理中的頻域分析法 數(shù)字圖像處理的方法有兩大類：一種是空間域處理，另一種是頻域分析法，把圖像信號從空間域變換到頻域便可以從另一個(gè)角度來分析 圖像信號的特性。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。因此基于小波變換的指紋圖像壓縮算法目前成為研究的熱點(diǎn)問題，同時(shí)也必將在以后圖像壓縮領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位， 8 前景廣闊。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)。 JPEG 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 就圖像壓縮方面，最新的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) JPEG2021 采用離散小波變換（ DWT）作為其變換編碼，支持圖像的多分辨率表示。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。例