基于FPGA的数字图像压缩去噪方法研究及MATLAB实现

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数字图像因其巨大的发展潜力而被广泛应用于各个领域中,诸如国防、教育、医学、天文学等。然而在图像的形成、传送等一系列环节中会遭遇各式各样的噪声袭扰,影响像素的清晰程度,同时大量冗余信息限制了图像的传输效率和存储空间,因此如何获取高分辨率、高压缩率的图像,同时提高信息传输速率成为了摆在人们眼前的难题。软件实现方法远远落后于实时图像处理的要求,需要借助硬件实现,FPGA是一种比较理想的器件,特别适合处理一些像素级的数据。在整理与掌握了国内外图像压缩去噪文献资料的基础上,本文提出了一种基于FPAG的图像压缩去噪系统,该系统主要包括FPGA最小系统设计、MATLAB图像压缩去噪算法程序设计、FPGA图像去噪系统设计三个部分。FPGA最小系统由电源模块、复位电路、下载配置电路、时钟模块、串口通信电路以及外围电路模块等组成。为了抑制噪声,去除冗余信息,较好地保护图像细节信息,利用MATLAB软件,采用中值滤波去噪算法、快速中值滤波算法、小波阈值去噪算法、DCT压缩算法以及小波压缩算法,设计了上位机程序,完成了图像消噪及压缩功能显示。利用Verilog硬件编程语言设计了FPGA图像去噪系统,主要包括行缓冲模块、FIFO模块、方形窗生成模块以及算法模块,并在QuartusII平台下建立时序约束报告,完成了各模块的时序仿真与分析。实验结果表明,该系统性能达到了理想状态。图像经过中值去噪与小波压缩后能够有效的剔除噪声信息和冗余信息,二次压缩比达到了1:11.7,压缩后剩余能量为99.9998%,均方误差为0.2654,峰值信噪比为53.8922 db。快速中值滤波算法性能优越,延时更小,仅需要等待3个时钟就能够获得目标输出,性能比经典的中值滤波算法提升了一倍。
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