用于低功耗DWT图像压缩的混合近似乘法器架构

《Scientific Reports》：Hybrid approximate multiplier architectures for low power DWT image compression

　　

摘要

近似计算是一种通过允许一定程度的算术不精确性来实现能效计算的方法，适用于需要容错处理的场景，如图像压缩。本文提出了一种高效的图像压缩架构，该架构在离散小波变换（DWT）流程中采用了混合近似乘法器。研究提出了四种基于混合Wallace、Dadda和Baugh-Wooley乘法器的近似实现方案，这些方案显著降低了延迟、功耗和硬件资源使用量。近似计算仅应用于计算中影响较小的部分，而最重要的计算部分则采用精确计算方法以保持视觉精度。实验结果表明，第四种近似DWT方案取得了显著的性能提升：在集成到基于小波的压缩方案后，图像的峰值信噪比（PSNR）达到了35.9 dB，结构相似性指数（SSIM）为0.94，压缩比为1.9。根据误差分析，原始图像与重建图像之间的差异非常小。针对Artix-7平台，通过FPGA合成对硬件性能（包括面积、功耗和延迟）进行了分析。总体而言，研究结果表明，在选定的计算阶段策略性地使用近似计算方法可以实现能效高的基于小波的图像压缩，同时不会明显影响图像的感知质量。