电子．测量技术 第３６卷第１２期 ２０１３年１２月 ＥＩ ＥＣＴＲ（）ＮＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＩ ０ＧＹ 基于ＦＰＧＡ的整数三维ＤＣＴ变换的实现 邓 磊 桂晓雷 吴兆阳 （天津大学电子信息工程学院 天津 ３０００７２） 摘要：图像去噪作为数字图像处理领域的一个基础问题，对很多图像处理的算法研究具有重要作用。随着图像的 数据量越来越大，对于图像处理的速率要求越来越高。ＦＰＧＡ具有吞吐量大、处理速度快、适合做并行运算的特点，可 以使用ＦＰＧＡ实现图像去噪。基于相似块搜索的数字图像去噪算法的核心是三维ＤＣ＇Ｆ变换，ＨＥＶＣ中的整数ＤＣＴ 变换算法有助于减少计算复杂度，更适合ＦＰＧＡ的设计要求，进一步提高ＤＣＴ变换速度。提｝｝；了一种基于ＦＰＧＡ的 整数三维ＤＣＴ变换实现方法，使得三维ＤＣＴ变换速度显著提高。 关键词：图像去噪；ＦＰＧＡ；ＨＥＶＣ；三维整数ＤＣＴ 中图分类号：ＴＰ７５１．１ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５１０．４０５０ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｅｒ ３Ｄ—ＤＣＴ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ Ｄｅｎｇ １．ｅｌ Ｇｕｔ Ｘｉａｏｌｅｉ Ｗｕ Ｚｈａｏｙａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｍａｇｅ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ，ａｓ ａ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｉｓｓｕｅ ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｉｅｌｄ，ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔＯ ｍａｎｙ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｉａｍｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｇｌｙ ｄｅｍａｎｄｉｎｇ．３Ｄ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｓｉｎｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＣＴ）ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｍｉｌａｒ ｂｌｏｃｋｓ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ３Ｄ ＤＣＴ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ＦＰＧＡ，ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｅｒ ＤＣＴ ｏｆ Ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ（ＨＥＶＣ）．Ｔｈｅ ＦＰＧＡ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ３１￣Ｉ）ＣＴ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ；ＦＰＧＡ；ＨＥＶＣ；ｉｎｔｅｇｅｒ ３Ｄ－ＤＣＴ ｌ 引 言 在着较多边缘或者纹理的图像块，仍然可以在整个图像中找 到它的相似块。将这些相似图像块重叠在一起，构成一个相 似群，将这些块组成一个三维矩阵进行ＤＣＴ变换。这样对 任一个图像块，不管块内像素之间的相关性如何，再对其所 在的相似块群进行三维ＤＣＴ变换后，都能获得良好的能量 离散余弦变换（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｓｉｎｅ ｔｒａｎｓ—ｆｏｒｍ，ＤＣＴ）在数 字图像处理中起着重要的作用。ＤＣＴ是Ａｈｍｅｄ Ｎ等人在 １９７４年提出的正交变换方法，它常被认为是图像信号进行 变化的最佳方法。 集中特性。由于噪声信号的相关性比较弱，最后对高频系数 做自适应阈值处理就可以达到降噪的目标 ］。 现场可编程门阵列（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍ—ａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ， 图像去噪，作为数字图像处理领域的一个关键技术，通 常是作为网像压缩，边缘检测，特征提取和模式识别等其他 计算机视觉算法的预处理过程，主要目的是通过对带有各 种不同类型噪声的图像进行处理，提高人们识别信息的准 确性。 ＦＰＧＡ），是一种广泛使用的可编程逻辑器件。随着图像的 分辨率以及视频处理的实时性要求越来越高，因此对于图 像去噪的速率要求越来越高。而ＦＰＧＡ具有处理速度快、 低功耗、高性能的特点，提高了系统设计的灵活性和通用 性。基于ＦＰＧＡ的图像去噪算法实现与基于软件的图像 算法实现相比具有明显的速度优势，具有广泛的应用价值。 实现了一种基于ＦＰＧＡ的整数三维ＤＣＴ变换方法，可以 加速基于相似块搜索的数字图像去噪 。 南丁ＤＣＴ具有非常好的去相关性和能量集中特性，在 经过ＩＸ；Ｔ变换后，信号能量会集中分布在低频区域 。在 文献Ｅ３｝中，提出了一种基于噪声估计和三维Ｉ）（二Ｔ的降噪方 法。该方法建立了一种新的噪声模型，并先准确估计噪声水 平函数，然后利用非局部思想搜索出来相似块群。由于自然 图像中存在着大量的相似结构或者冗余信息，即使是一个存 收稿日期：２０１３ ０８ ・ ６８ ・ 庞 明等：高超声速自由射流风洞控制系统软件实现 第１２期 ５ 结 论 ５ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ￣Ｒ］．ＡＩＡＡ２００３—１１９４． ［４］ ｃ（）ＮＷＡＹ Ｊ，ＷＡＴＴＳ Ｓ．Ａ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 本文详细分析了高超声速自由射流风洞控制系统软件 ａｐｐｒｏａｃｈ ｔＯ ＬａｂＶｌＥＷ［Ｊ］．ＡＰＲ２９，２００３． 组成，并介绍了一种全新的ＬａｂＶＩＥＷ编程模式：通过调用 ［５］杨双龙，周全，徐科军．杆式风洞应变天平动态解耦一补 引擎搭建系统，证实了通过该技术，可以简化测试程序开发 偿［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１Ｉ，３２（７）：Ｉ５９８—１６０５． 和调试过程，在一定程度上实现了测试流程开发的平台化 ［６］鲁峰，黄金泉，仇小杰，等．基于信息熵融合提取特征的 和通用化，对实验类型系统的软件开发研究具有重要意义。 发动机气路分析［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１２，３３（１）： ］３一］９． 参考文献 作者简介 ［１］ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｉ ａｂＶＩＥＷ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ［ＤＢ／（）Ｉ ］．［２００７—０１—１０］／［２０１０—０４—２１］ｈｔｔｐ：／／ 庞明，２０１１年于辽宁石油化工大学获得硕士学位，现 ＷＷＷ．ｎｉ．ｃｏｍ／ｐｄｆ／ｍａｎｕａｌｓ／３７３４２７ｇ——０１ １８．ｐｄｆ． 为北京中科泛华测控技术有限公司系统开发部软件工程 Ｅｚ］ ＴＲＡＶＩＳ Ｊ，ＫＲＩＮＧ Ｊ．Ｉ ａｂＶＩＥＷ ｆｏｒ Ｅｖｅｒｙｏｎｅ ｒＭ１． 师，主要研究方向为分布式系统、ＩＶＩ互换仪器技术。 ＵＳＡ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌ１，２００６，２７（７）２－２２． Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｉｎｇ．ｐａｎｇ＠ｐａｎｓｉｎｏ—ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ｃｏｍ Ｅ３］ ＭＥＥＮＡＲＴ Ｊ．Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｐｌａｓｍａｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ａ Ｍａｃｈ （上接第７Ｏ页） 作者简介 要研究方向为基于ＦＰＧＡ的数字图像处理、数字图像编 码等。 邓磊，天津大学电子信息工程学院硕士研究生，主要 Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｘ１０６１６＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 研究方向为基于ＦＰＧＡ的数字图像处理、数字图像编 吴兆阳，天津大学电子信息工程学院硕士研究生，主 码等。 要研究方向为多媒体处理与通信以及计算机视觉。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｌｅｉ—ｔｊｕ＠１６３．ｃｏｍ Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｕｚｈａｏｙａｎｇ＠ｔｊ ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 桂晓雷，天津大学电子信息＿Ｔ程学院硕士研究生，主 ・ ８３ ・
