informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASBinform-422Research ArticleОБРАБОТКА СИГНАЛОВ, ИЗОБРАЖЕНИЙ, РЕЧИ, ТЕКСТА И РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВSIGNAL, IMAGE, SPEECH, TEXT PROCESSING AND PATTERN RECOGNITIONСинтез FPGA-архитектур банков фильтров на основе блочной лестничной факторизации в алгебре кватернионов (часть 2)Synthesis of FPGA architectures of block lifting-based filter banks in quaternion algebra (part 2)https://orcid.org/0000-0003-4548-411XРыбенковЕ. В.RybenkovE. V.

Рыбенков Евгений Викторович – ассистент кафедры электронно-вычислительных систем.Ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск

Eugene V. Rybenkov  – Assistant Professor,        Department of Computer Engineering.

6,  P.  Brovki  Str.,  220013, Minsk

rybenkov@bsuir.byhttps://orcid.org/0000-0001-5807-8685ПетровскийН. А.PetrovskyN. A.

Петровский Николай Александрович  – кандидат технических наук, доцент кафедры электронновычислительных систем.

Ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск

SPIN-код: 3661-3585ResearcherID: O-1216-2017ScopusID: 56511553600

Nick A. Petrovsky – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Department of Computer Engineering.

6, P. Brovki Str., 220013, Minsk

nick.petrovsky@bsuir.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2018190620181532231Copyright © Рыбенков Е.В., Петровский Н.А., 20182018Рыбенков Е.В., Петровский Н.А.Rybenkov E.V., Petrovsky N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/422

В настоящее время методологии проектирования систем на кристалле основываются на высокопараметризированных IP-компонентах (IP – intellectual property), которые для конкретного целевого приложения обеспечивают широкий диапазон регулировки затрат ресурсов, форматов данных арифметики с фиксированной запятой и производительности системы. В статье предложена гибкая технология быстрого прототипирования архитектур процессоров целочисленных обратимых параунитарных банков фильтров в алгебре кватернионов (Int-Q-ПУБФ) на основе FPGA, в основу которой положен Q-MUL IP-компонент оператора умножения кватернионов на распределенной арифметике на сумматорах. Осуществлена реализация Int-Q-ПУБФ на FPGA Xilinx Zynq 7010, при этом восьмиканальный 8х24 Int-Q-ПУБФ имеет перфективную реконструкцию входных данных для заданного формата фиксированной запятой, малые аппаратные затраты и небольшую задержку конвейера по сравнению с известными решениями на CORDIC-процессорах и распределенной арифметике на памяти.

Nowadays the methodology for designing systems on a chip is based on highly parameterized IP               (itellectual property) components which provide a wide range of adjustment of resources, fixed point arithmetic data formats, and system performance for a specific application. The article describes a flexible technology for rapid prototyping of processor architectures for integer, invertible, paraunitary filter banks in quaternion algebra (Int-Q-PUFB) based on the FPGA Q-MUL IP-component as multiplication operator for quaternions on distributed arithmetic on adders. Implementation of Int-Q-PUFB on FPGA Xilinx Zynq 7010, with 8-channel 8x24 Int-Q-PUFB has a perfect reconstruction property of the input data for a fixed point format, small hardware resource utilization and a slight delay in the pipeline compared to the known solutions for CORDIC-processors and distributed arithmetic on the memory.

схема lossless-to-lossyкватернионыкомпрессия изображенийFPGAбанк фильтровблочная лестничная факторизацияlossless-to-lossyquaternionsimage compressionFPGAfilter bankblock-lifting factorizationReferencesРыбенков, Е. В. Синтез FPGA-архитектур банков фильтров на основе блочной лестничной факторизации в алгебре кватернионов (часть 1) / Е. В. Рыбенков, Н. А. Петровский // Информатика. – 2018. – Т. 15, № 2. – С. 29–44.Rybenkov E. V., Petrovsky N. A. Sintez FPGA-arhitektur bankov fil'trov na osnove blochnoj lestnichnoj faktorizacii v algebre kvaternionov (chast' 1) [Synthesis of FPGA architectures of block lifting-based filter banks in quaternion algebra (part 1).]. Informatika [Informatics], 2018, vol. 15, no. 2, рр. 29–44 (in Russian).Petrovsky, N. A. Design and implementation of reversible integer quaternionic paraunitary filter banks on adderbased distributed arithmetic / N. A. Petrovsky, E. V. Rybenkov, A. A. Petrovsky // Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications. – Poznan, 2017. – P. 17–22.Petrovsky N. A., Rybenkov E. V., Petrovsky A. A. Design and implementation of reversible integer quaternionic paraunitary filter banks on adder-based distributed arithmetic. Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications. Poznan, 2017, рр. 17–22. doi: 10.23919/SPA.2017.8166830Petrovsky, N. Low read-only memory distributed arithmetic implementation of quaternion multiplier using split matrix approach / N. Petrovsky, A. Stankevich, A. Petrovsky // Electronics Letters. – 2014. – Vol. 50, no. 24. – P. 1809–1811. doi: 10.1049/el.2014.1775Petrovsky N., Stankevich A., Petrovsky A. Low read-only memory distributed arithmetic implementation of quaternion multiplier using split matrix approach. Electronics Letters, 2014, vol. 50, no. 24, рр. 1809–1811. doi: 10.1049/el.2014.1775Петровский, Н. А. CORDIC-техника для фиксированного угла вращения в операции умножения кватернионов / Н. А. Петровский, А. В. Станкевич, А. А. Петровский // Информатика. – 2015. – № 4(48). – С. 85–108.Petrovsky N. A., Stankevich A. V., Petrovsky A. A. CORDIC-tehnika dlja fiksirovannogo ugla vrashhenija v operacii umnozhenija kvaternionov [CORDIC-techniques for fixed angle of rotation in multiplying operation of quaternions]. Informatika [Informatics], 2015, no. 4(48), рр. 85–108 (in Russian).Chang, T. S. New distributed arithmetic algorithm and its application to IDCT / T. S. Chang, C. Chen, C. W. Jen // IEE Proceedings – Circuits, Devices and Systems. – 1999. – Vol. 146, no. 4. – P. 159–163.Chang T. S., Chen C., Jen C. W. New distributed arithmetic algorithm and its application to IDCT. IEE Proceedings – Circuits, Devices and Systems, 1999, vol. 146, no. 4, рр. 159–163. doi: 10.1049/ip-cds:19990537Vaidyanathan, P. P. Multirate Systems and Filter Banks / P. P. Vaidyanathan. – Englewood Cliffs, NJ : PrenticeHall, 1993. – 911 p.Vaidyanathan P. P. Multirate Systems and Filter Banks. Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, 1993, 911 p.Корн, Г. А. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. А. Корн, Т. М. Корн. – М. : Наука, 1974. – 832 с.Korn G. A., Korn T. M. Spravochnik po matematike dlja nauchnyh rabotnikov i inzhenerov [A Handbook of Mathematics for Scientists and Engineers]. Moscow, Nauka Publ., 1974, 832 p. (in Russian).Li, B. A method for initializing free parameters in lattice structure of linear phase perfect reconstruction filter bank / B. Li, X. Gao // Signal Processing. – 2014. – Vol. 98. – P. 243–251.Li B., Gao X. A method for initializing free parameters in lattice structure of linear phase perfect reconstruction filter bank. Signal Processing, 2014, vol. 98, рр. 243–251. doi: 10.1016/j.sigpro.2013.11.016

The authors declare that there are no conflicts of interest present.