СИНТЕЗ FPGA-АРХИТЕКТУР БАНКОВ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ БЛОЧНОЙ ЛЕСТНИЧНОЙ ФАКТОРИЗАЦИИ В АЛГЕБРЕ КВАТЕРНИОНОВ (ЧАСТЬ 1)
Аннотация
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 представлен систематический подход к синтезу FPGA-архитектур целочисленных обратимых параунитарных банков фильтров в алгебре кватернионов (Int-Q-ПУБФ) для трансформационного кодирования изображений по схеме L2L (lossless-to-lossy). Показывается, что базовым элементарным преобразованием банка фильтров является операция умножения кватернионов (Q-MUL). Блочная лестничная факторизация данной операции и распределенная арифметика на сумматорах положены в основу параметризируемого Q-MUL IP-компонента.
Об авторах
Е. В. Рыбенков
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
ассистент кафедры электронно-вычислительных систем
Н. А. Петровский
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
доцент кафедры электронно-вычислительных систем,
Беларусь
доцент кафедры электронно-вычислительных систем,
Список литературы
1. Rao, K. Techniques and Standards for Image, Video, and Audio Coding / K. Rao, J. Hwang. – Prentice Hall, 1996. – 563 p.
2. Vaidyanathan, P. P. Multirate Systems and Filter Banks / P. P. Vaidyanathan. – Englewood Cliffs, NJ : Prentice Hall, 1993. – 911 p.
3. Крот, А. М. Теория анализа и синтеза бэнк-фильтров и их применение / А. М. Крот, В. О. Кудрявцев // Успехи современной радиоэлектроники. – 1999. – № 2. – С. 3–17.
4. Suzuki, T. Lifting-based paraunitary filterbanks for lossy/lossless image coding / T. Suzuki, Y. Tanaka, M. Ikehara // Proc. of Intern. Conf. EUSIPCO. – Florence, 2006. – Vol. 6.
5. Pennebaker, W. B. JPEG: Still Image Compression Standard / W. B. Pennebaker, J. L. Mitchell. – N. Y. : Van Nostrand Reinhold, 1993. – 639 p.
6. Taubman, D. JPEG2000: Image Compression Fundamentals, Standards, and Practice / D. Taubman, M. Marcellin. – Boston : Kluwer Academic Publishers, 2002. – 777 p.
7. ISO/IEC 29199-2:2012. Information technology – JPEG XR image coding system. – Part 2: Image coding specification. – 2012.
8. Chen, Y. J. Integer discrete cosine transform (IntDCT) / Y. J. Chen, S. Oraintara, T. Nguyen // Proc. of 2nd Intern. Conf. ICICS. – Sydney, 1999. – Vol. 99.
9. Liang, J. Fast multiplierless approximations of the DCT with the lifting scheme / J. Liang, T.D. Tran // IEEE Trans. Signal Process. – 2001. – Vol. 49, no. 12. – P. 3032–3044.
10. Petrovsky, A. Dynamic reconfigurable on the lifting steps wavelet packet processor with frame-based psychoacoustic optimized time-frequency tiling for real-time audio applications / A. Petrovsky, M. Rodionov, Al. Petrovsky // Design and Architectures for Digital Signal Processing. – Vienna : InTech, 2013. – P. 3–30.
11. Lattice structure for regular paraunitary linear-phase filterbanks and m-band orthogonal symmetric wavelets / S. Oraintara [et. al.] // IEEE Trans. Signal Process. – 2001. – Vol. 49, no. 11. – P. 2659–2672.
12. Gan, L. A simplified lattice factorization for linear-phase paraunitary filter banks with pairwise mirror image frequency responses / L. Gan, K.-K. Ma // IEEE Trans. Circuits Syst. II. – 2004. – Vol. 51, no. 1. – P. 3–7.
13. Choukroun, D. Novel quaternion Kalman filter / D. Choukroun, I. Bar-Itzhack, Y. Oshman // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. – 2006. – Vol. 42, no. 1. – P. 174–190.
14. Miron, S. Quaternion-MUSIC for vector-sensor array processing / S. Miron, N. Le Bihan, J. Mars // IEEE Trans. Signal Process. – 2006. – Vol. 54, no. 4. – P. 1218–1229.
15. Parfieniuk, M. Quaternionic building block for paraunitary filter banks / M. Parfieniuk, A. Petrovsky // Proc. of the 12th European Signal Processing Conf. (EUSIPCO). – Austria, Vienna, 2004. – P. 1237–1240.
16. Парфенюк, М. Параунитарные банки фильтров на основе алгебры кватернионов: теория и применение / М. Парфенюк, А. А. Петровский // Цифровая обработка сигналов. – 2008. – № 1. – С. 22–36.
17. Karney, C. Quaternions in molecular modeling / C. Karney // J. Molecular Graphics and Modelling. – 2007. – Vol. 25, no. 5. – P. 595–604.
18. Кантор, И. Л. Гиперкомплексные числа / И. Л. Кантор, А. С. Солодовников. – М. : Наука, 1973. –145 с.
19. Baker, H. G. Quaternions and orthogonal 4×4 real matrices / H. G. Baker [Electronic resource]. – 1996. – Mode of access: http://archive.gamedev.net/archive/reference/articles/article428.html. – Datе of access: 05.04.2018.
20. Parfieniuk, M. Inherently lossless structures for eight- and sixchannel linear-phase paraunitary filter banks based on quaternion multipliers / M. Parfieniuk, A. Petrovsky // Signal Process. – 2010. – Vol. 90. – P. 1755–1767.
21. Gan, L. A simplified lattice factorization for linear-phase perfect reconstruction filter bank / L. Gan, K.-K. Ma // IEEE Signal Process. Lett. – 2001. – Vol. 8, no. 7. – P. 207–209.
22. Petrovsky, 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.
23. Петровский, 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.
24. Бибило П. Н. Основы языка VHDL : учеб. пособие. Изд. 6-е. – М. : Книжный дом «Либроком», 2014. – 328 с.
25. A systematic approach for synthesizing VLSI architectures of lifting-based filter banks and transforms / R. Bartholoma [et al.] // IEEE Trans. Circuits Syst. I. – 2008. – Vol. 55, no. 7. – P. 1939–1952.
26. The complexity of the quaternion product : Rep. TR 75-245 / Cornell University. – 1975. – Mode of access: http://www.theworld.com/~sweetser/quaternions/ps/cornellcstr75-245.pdf. – Datе of access: 05.04.2018.
27. Parfieniuk, M. Quaternion multiplier inspired by the lifting implementation of plane rotations / M. Parfieniuk, A. Petrovsky // IEEE Trans. Circuits Syst. I. – 2010. – Vol. 57, no. 10. – P. 2708–2717.
28. 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 (SPA 2017). – Poznan, 2017. – P. 17–22.
29. 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.
Дополнительные файлы
|
1. PDF версия статьи | |
| Тема | ||
| Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(863KB)
|
Метаданные ▾ | |
|
|
2. Копия заявления о рассмотрении статьи | |
| Тема | ||
| Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(369KB)
|
Метаданные ▾ | |
|
|
3. Копия экспертного заключения | |
| Тема | ||
| Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(695KB)
|
Метаданные ▾ | |
Рецензия
Для цитирования:
Рыбенков Е.В., Петровский Н.А. СИНТЕЗ FPGA-АРХИТЕКТУР БАНКОВ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ БЛОЧНОЙ ЛЕСТНИЧНОЙ ФАКТОРИЗАЦИИ В АЛГЕБРЕ КВАТЕРНИОНОВ (ЧАСТЬ 1). Информатика. 2018;15(2):29-44.
For citation:
Rybenkov E.V., Petrovsky N.A. SYNTHESIS OF FPGA ARCHITECTURES OF BLOCK LIFTING-BASED FILTER BANKS IN QUATERNION ALGEBRA (PART 1). Informatics. 2018;15(2):29-44. (In Russ.)
Просмотров: 830
Послать статью по эл. почте 