I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s     Vo l.   7 ,   No .   3 No v em b er   201 8 ,   p p .   20 3 ~ 2 14   I SS N:  2 089 - 4 864 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r es . v7 . i3 . pp 203 - 2 1 4          203       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   Energ y  and Area   Effec tive H a rdw a re De sig n of  Lift i ng   Appro a ch Discr et e Wav elet  Tra ns f o r m       K ha m ee s   K ha la f   H a s a n,  I bra hi m   K ha lil Sa lih ,   Ab du m ut t a lib   A.   H us s en    De p a rtme n El e c tri c a En g in e e rin g ,   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   Un iv e rsit y   o f   T i k rit ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   1 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   O c t   2 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   O c t   7 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e p re se n ts  l o w   p o w e Disc r e te  W a v e let  T ra n s fo rm   DWT   a rc h it e c tu re ,   c o m p risin g   o f   f o r w a rd   a n d   in v e rse   m u lt il e v e tran s f o r m   f o 5 /3   li f ti n g   sc h e m e   L S   b a se d   w a v e let   tran sf o r m   f il ter.  T h is  L S   f il ter  c o n sists   o in teg e a d d e u n it a n d   b in a ry   sh if ter  ra th e th a n   m u lt ip li e a n d   d iv id e u n it a in   th e   c o n v o l u ti o n   b a se d   f il ters h e n c e   it   is   m o re   a d a p tab le   to   e n e rg y   e ff ici e n h a rd w a re   p e r f o rm a n c e .   T h e   p ro p o se d   a rc h it e c tu re   is  d e sc rib e d   u si n g   th e   V HD L   b a se d   m e th o d o l o g y .   T h is  V HD L   c o d e   h a b e e n   si m u late d   a n d   s y n th e siz e d   to   a c h iev e   th e   g a te   le v e b u il d i n g   d e sig n   w h ich   c a n   b e   o rg a n ize d   to   b e   e ff e c ti v e l y   d e v e lo p e d   in   h a rd w a re   e n v iro n m e n t.   T h e   Qu a rtu II  9 . 1   so f t w a re   s y n th e sis  to o ls  we re   e m p lo y e d   to   im p le m e n 2 D - DWT   V HD c o d e in   A lt e ra   De v e lo p m e n b o a rd   DE 2 ,   w it h   Cy c lo n e   II  F P GA   d e v ic e .   T h e   p ro p o se d   L S   w a v e let  a rc h it e c tu re s   c a n   b e   a tt a i n e d   b y   f o c u sin g   o n   th e   p h y sic a F P G A   d e v ice to   c o n sid e ra b ly   d e c re a se   th e   n e e d e d   h a rd w a re   e x p e n d it u re   a n d   p o w e c o n su m p ti o n   o f   th e   d e sig n .   T h e   u ti li z e d   lo g ic  a n d   re g ister  e le m e n ts  o f   th e   a rc h it e c tu re   a re   1 2 7   slice (o n ly   1 % u sa g e   f ro m   3 3 2 1 6   a n d   th e   a rc h it e c tu re   c o n su m e o n ly   0 . 0 3 3   W .   S im u la ti o n s   w e r e   p e rf o r m e d   u sin g   d if f e re n siz e s   o f   g ra y   sc a le  i m a g e th a a u th e n ti c a te   th e   p r o p o se d   d e sig n   a n d   a tt a i n   a   sp e e d   p e rf o rm a n c e   a p p ro p riate   f o n u m e ro u s rea l - ti m e   a p p li c a ti o n s.   K ey w o r d s :   5 /3   L   FDW T     FP GA   I DW T       Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kh a m ee s   K h ala f   Hasa n   Dep ar t m en t E lectr ical  E n g in e er in g ,   E n g i n ee r i n g   C o lleg e,     Un i v er s it y   o f   T ik r it,  I r aq .   E m ail:  k alj o m a il y @ t u . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N   C h al len g es  s u ch   a s   li m ited   co m p u tatio n al  p o w er ,   m e m o r y   co n s tr ai n t,  n ar r o w   b a n d w id th ,   an d   m atc h les s   b atter y - o p er ated   s u p p l y   ar s tr o n g   s etb ac k s   in   th s en s o r   n o d es  w h en   u s i n g   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k   W SN  f o r   d ata  tr an s m is s io n   [ 1 ] .   Fo r   th r ea l - ti m e   i m ag tr a n s m it tin g   f r o m   o n p lace   to   an o th er   v ia   lo w   b a n d w id th   w ir e less   ch a n n el,   li m itatio n s   i n   t h i m a g lar g d ata  s ize  an d   lo n g   o p er a tio n   ti m p o s a s   n e w   p r o b lem s .   T h er ef o r e,   it  i s   n ec ess ar y   to   d is co v er   n o v el  tech n iq u es  f o r   d ata  p r o ce s s in g   a n d   co m m u n icatio n   [ 2 ]   [ 3 ] .   A   m o r e f f ec ti v m eth o d   o f   tr an s m is s io n   b a s ed   o n   i m ag co m p r es s io n   ca n   b ac q u ir ed   b y   el i m in at in g   th u n n ec e s s ar y   i n f o r m a tio n   in   th r a w   i m ag d ata  u s i n g   tr an s f o r m   co d in g .   T h f u n c tio n   o f   th i m a g co m p r es s io n   i s   to   d ec r ea s th a m o u n o f   b it s   r eq u ir ed   to   d ep ict  an   i m ag e.   T h er ef o r e,   m i n i m izi n g   t h s ize  o f   d ata  u s i n g   i m a g co m p r es s io n   w i ll  lead   to   d ec r ea s in   m e m o r y   r eq u ir ed   f o r   co m p u tatio n a an al y s i s   as  w e ll  as   co m m u n icatio n   co s ts .   T h co m p r es s io n   tec h n iq u allo w s   ef f ec tiv u s o f   b an d w id th   s o   th d ata  ca n   b e   tr an s m itted   at  lo w er   b it  r ate   [ 4 ] .   W h ile  th DW T   tr an s f o r m   o p er atio n   it s el f   is   in ca p ab le  o f   p er f o r m i n g   th co m p r es s io n   p r o ce d u r e,   it  is   th co m p u tat io n - in ten s i v d o m in a n p h a s r elati n g   to   e n er g y   co n s u m p t io n   o f   th w a v elet  b ased   i m ag co m p r ess io n   s y s te m .   P r esen tl y ,   tr a n s f o r m - b ased   i m ag co m p r es s io n   m et h o d s   g ar n er   lo ts   o f   at ten t io n .   T h m o s ap p lied   i m ag co d i n g   an d   d ec o d i n g   s tan d ar d   ac r o s s   t h w o r ld   is   th e   J o in t   P h o to g r ap h ic  E x p er ts   Gr o u p   ( J P E G) .   No n eth eless ,   J P E h as  s e v er al  d r a w b ac k s   u s in g   Dis cr ete  C o s i n e   T r an s f o r m   ( DC T )   k er n el,   p ar ti cu lar l y   f o r   lo w   b it - r ate  ap p licatio n s .   A l th o u g h   D C T   b ased   alg o r ith m s   ar r ap id   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   3 ,   No v em b er   2 0 1 8   :   2 0 3     2 1 4   204   w it h   lo w - co m p lex i t y   an d   u til izes  s m all   a m o u n ts   o f   m e m o r y ,   t h e y   f r eq u e n tl y   ca u s b l o ck in g   ar ti f ac t s   i n   th lo w   b it  r ate  tr an s m i s s io n   [ 5 ] .   T h er ef o r e,   th er is   th n ee d   to   r em o v all  th o s li m i tatio n s   an d   to   ad d   n o v el  i m p r o v ed   f ea t u r es.    T h w av e let  f ilter   m aj o r   f ea tu r is   th at  it  co n s i s ts   o f   clo s e n ess   i n f o r m atio n   i n   t h co n cl u d in g   r es u lt,   co n s eq u e n tl y   e v ad in g   t h b lo ck in g   ef f ec o f   DC T   tr an s f o r m   [ 6 ] .   A f ter   th cr ea tio n   o f   Dis cr ete  W av elet   T r an s f o r m   DW T ,   n u m er o u s   o th er   co d ec   alg o r ith m s   w as  d ev elo p ed   to   c o m p r ess   t h tr a n s f o r m   co ef f icie n ts   to   an y   p o s s ib le  ex te n [ 7 ] ,   an d   th e y   in cl u d e;  E m b ed d ed   Z er o tr ee   W av elet  E Z W   [ 8 ] ,   Set  P ar titi o n in g   i n   Hier ar ch ical  T r ee s   SP I HT   [ 9 ] ,   an d   E m b ed d ed   B o ck   C o d in g   w it h   O p ti m ized   T r u n ca tio n   E B C OT   [ 1 0 ] .   T h m o s p r o m i n e n i m a g e   co m p r es s io n   s ta n d ar d ,   J P E G2 0 0 0 ,   im p le m e n ted   th E B C OT   im a g co d ec     alg o r ith m   [ 1 1 ] .   Sin ce   ap p r o v in g   th J P E G2 0 0 0   im a g co d in g   s ta n d ar d   in   2 0 0 2 ,   th co s ef f icie n c y   a n d   r ea l - ti m e   li m ita tio n s   r e m ain s   th m aj o r   o b s tacle   f o r   th h ar d w ar i m p le m en ta tio n   o f   th J P E G2 0 0 0   s tan d ar d   in to   co n s u m er   p r o d u cts  [ 1 2 ] .   A   lo in ter est  is   g ar n er ed   b y   L d is cr ete  w av ele tr an s f o r m ,   d e v elo p ed   to   s u p p o r t   r ea l - ti m i m ag p r o ce s s i n g   r eq u ir e m e n ts   [ 1 3 ] .   P r esen tl y ,   th f o ca p o in is   d ev e lo p in g   th m o s e f f ec t iv e   ap p r o ac h   to   r ed u ce   h ar d w ar ch ar g es   an d   i n tr icac y ,   at  t h s a m ti m ac h ie v i n g   th r eq u ir e m en o f   r ea l - ti m e   s y s te m   [ 1 4 ] .   T h ese  alg o r ith m s   en tail  v er y   co m p l icate d   h ar d w ar r eq u ir e m e n t s ,   an d   d e m a n d s   h i g h   en er g y   f o r   d ata  p r o ce s s in g   b ec au s o f   co m p u tatio n al  co m p le x it y .   I n   h ar d w ar i m p le m en tat io n   o f   d ata - i n te n s i v e   alg o r ith m s ,   s u c h   as  th 2 D - D W T ,   th en er g y   co n s u m p tio n   attr ib u tab le  to   d ata  s to r ag an d   tr an s m i s s io n   f o r m s   th ce n tr al  p ar ( ab o u 8 0 %)  o f   th to tal  p o w er   b u d g et  [ 1 6 ] .   T h d ev e lo p m en o f   h ar d w ar m o d eli n g   o f   th 2 D - DW T   is   s till   i n   t h ea r l y   p h ase  s i n ce   it  is   n e w   f ield   o f   r e s ea r ch .   I n   r ec e n ti m es,  t h F ield   P r o g r am m ab le  Gate   A r r a y   ( F P GA )   tech n o lo g y   o f f er s   v ia b le  p latf o r m   f o r   d ev ice  p o r tab ilit y   a n d   r ea l - ti m e   ap p licatio n s   b y   cr ea ti n g   th p r o s p ec o f   d esig n i n g   h i g h   c o m p u ti n g   s p ee d   s y s te m s   w i t h   r ep r o g r am m ab le  f ea t u r es.  T h er ef o r e,   FP GA   d ev ices  n ee d s   to   b f o cu s ed   o n   d esig n i n g   co s ef f ec ti v h ig h   ac h iev e m e n s y s te m s   u s i n g   th Har d w ar Descr ip ti o n   L a n g u a g ( HD L )   [ 1 7 ] .   T h p r o p o s ed   ar ch itectu r o f   t h 2 D - DW T   L i s   d ev is ed   b ased   o n   th Ver y   Hig h   Sp ee d   I n teg r ated   C ir cu it  Har d w ar Descr ip tio n   L a n g u a g ( VHDL )   m et h o d o lo g y .       2.   RE L AT E WO RK S   No n eth ele s s ,   n u m er o u s   co m p u tatio n   ar c h itect u r es  f o r   th i m p le m e n tat io n   o f   t h m u lt ilev el  2 DW T   w h ic h   u t ilizes  t h j o in lo s s y   a n d   lo s s les s   tr an s f o r m   h a v b ee n   s u g g es t ed   in   r elate d   s t u d ies.   T h k e y   o b j ec tiv e   o f   th s t u d y   i n   [ 1 8 ] ,   is   to   em b ed   th 5 /3   w a v elet  co m p u tat io n   in to   t h 9 /7   s o   as  to   d ec r ea s th a m o u n o f   ad d er s   co m p ar ed   to   o th er   elu c id atio n s .   I n   [ 1 9 ]   th p r o p o s ed   ar ch itect u r ca n   b r ec o n s tr u c ted   f o r   5 /3   an d   9 / w a v elet  tr an s f o r m s   to   lo w er   t h p o w er   u til izatio n   a n d   h ar d w ar ex p e n d itu r o f   t h d esig n .   T h ar ch itectu r e   f o r   1 D - DW T   p r in cip le  ca n   b ex p an d ed   to   in cl u d 2 D - DW T   ar ch itect u r es  i n   [ 2 0 ]   an d   is   a n alo g o u s   to   th o n d ev elo p ed   in   [ 2 1 ]   an d   [ 2 2 ] .   T h d esig n   in   [ 2 3 ]   p r esen ts   r an g o f   t r an s f o r m atio n s   lik th 1 D - DW T ,   2D - DW T   an d   m u lt i -   lev el  d e co m p o s i tio n   o f   5 /3   DW T .   B a s icall y ,   2 D - DW T   i m ag co d e d esig n s ,   t h m a in   f r eq u en tl y   u s ed   co m p u tat i o n   s ch ed u les,  in cl u d e:  th r o w c o lu m n   R C   s t y le  [ 7 ] ,   th lin e - b ased   L B   ap p r o ac h   [ 2 4 ] ,   an d   th b l o ck - b ased   B B   m a n n er   [ 2 5 ] .   T h m aj o r   d is p ar it y   b et w ee n   B B   an d   L B   is   i n   th ap p r o ac h   o f   o r ig in al   i m a g tr av er s i n g .   I n   p ar ticu lar ,   B B   f u n ctio n s   w it h   n o n - o v er lap p in g   b lo c k s   o f   t h i m a g e,   w h ile   L B   in v o l v es  t h p r o ce s s in g   o f   n o n - o v er lap p in g   g r o u p s   o f   li n es.  R C   is   t h s i m p lest   2 D - DW T   i m ag co d ec   d esig n ,   w h ic h   in v o lv e s   le v el - by - lev e l lo g ic  [ 2 6 - 2 9 ] .     Fo r   th is   s tu d y ,   m o d if ied   R C   h ar d w ar 2 D - DW T   ar ch itectu r is   d esig n ed   b ased   o n   em b ed d ed   ex ten s io n   5 /3   L S,  t h u s   r ed u cin g   t h v o lu m o f   co m p u tatio n s   as   w ell  as  t h ti m tak e n   to   ex ec u te  t h w av ele t   tr an s f o r m   m u ltil e v el  d ec o m p o s itio n   p r o ce s s .   Mo r eo v er ,   it u ti lizes les s   lo g ic  ele m e n t sli ce s   i n   th FP GA   tar g et   d ev ice,   w h ich   allo w s   th 2 D - DW T   m o d u le  to   i n co r p o r ate  m o r e x ten s i v ar r a y   o f   th r ea l   ti m a n d   m e m o r y   li m ited   m o b ile  d e v i ce s   ap p licatio n s .   I en h a n ce s   th w av ele i m ag e   tr an s m is s io n   w i th   v ar io u s   s u b - b an d s ,   h o w ev er   li m iti n g   th q u alit y   o f   th r esu l tan t   im a g e.   C o n v e r s el y ,   th m o d if ied   R C   h ar d w ar e   2D - DW T   ar ch itectu r is   an   en er g y   ef f icie n tr an s m is s io n   s c h e m e,   ad v an ta g eo u s   f o r   ap p licatio n s   w h er i m ag q u alit y   is   n o m aj o r   r eq u ir em en t.  T h is   p ap er   is   o u tli n ed   as  f o llo w s .   Sectio n   t w o   e x p lai n s   th w a v elet  b ased   i m a g co m p r ess io n   s y s te m .   T h h ar d w ar d esi g n   m et h o d o lo g ies  o f   th 2 D - DW T   im p le m e n ted   VHD L   alg o r ith m s   ar el u cid ated   in   s ec tio n   t h r ee .   Sectio n   f o u r   d is c u s s es  t h p er f o r m an ce   r es u lts   w h ile   co n cl u s io n s   ar m ad i n   s ec tio n   f i v e.       3.   P RO P O SE 5 /3   L S F DW T   ARCH I T E C T UR E   DE SI G N   T h is   p ar c o n s is t s   o f   th ar ch itectu r d esig n   o f   th p r o g r am m ab le  DW T   p r o ce s s o r .   T h is   p r o ce s s o r   ca n   ex ec u te  th 1 D - DW T   an d   2 D - DW T   w ith   m u lti - le v els   d ec o m p o s itio n   b ased   o n   in   th u s er   d em a n d s .   T h p r o p o s ed   2 D - DW T   d esig n   h as  b ee n   ac cu r atel y   co n f ir m ed   b y   th VHDL   L an g u ag e.   T h d ev elo p e d   2 - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       E n erg a n d   A r ea   E ffective   Ha r d w a r Desig n   o f Li ftin g   A p p r o a ch   Dis crete…   ( K h a mee s   K h a la f H a s a n )   205   FDW T   m o d u le  co m p r is es   o f   t h r ee   m a in   co m p o n e n ts 5 /3   W av elet  T r an s f o r m   U n it  W T C o r e,   m e m o r y   u n i t,   an d   2 D - DW T   co n tr o l u n it.   T h f ir s m o d u le   in v o l v es  a   s y n t h e s izab le  5 /3 W T U,   w h ic h   s ta n d s   f o r   th co r p ar o f   t h d esi g n .   T h is   co r b lo ck   p er f o r m s   t h r ea w a v elet  co m p u tatio n   o n   th i m a g d a ta.   T h d esig n   a cc eler atio n   a n d   th lik e lih o o d   o f   f ast  i m p le m en tatio n   k e y   f ac to r s   w er r ea l ized   v ia  th u s o f   p ar allel  p r o ce s s in g   o f   li f ti n g   m o d u les  a n d   r e - u s ab ilit y   o f   i m a g p ix el  d ata.   T h p u r p o s o f   th i s   m o d u le  is   to   ex tr ac th in p u p ix e l   co ef f icie n t s   f r o m   t h m e m o r y   w i th   t h aid   o f   co n tr o s ig n als  p r o d u ce d   b y   th 2 D - D W T   co n tr o u n it,  an d   s u b s eq u en t l y   ex ec u te s   th 5 /3   w a v elet  tr a n s f o r m   o f   th i n p u i m ag p ix e ls   ac q u ir ed   f r o m   th m e m o r y .   T h ese  ca lcu lated   w a v elet  tr an s f o r m   co e f f icie n ts   ar t h en   r e s to r ed   b ac k   to   th ex t er n al  m e m o r y .   Fo u r   i n p u t   an d   t w o   o u tp u r eg is ter s   ar u s ed   to   m ai n tai n   f o u r   in p u d ata  an d   t w o   ( ap p r o x i m atio n   an d   d etail)   o u tp u d ata   co n cu r r en tl y .   A cc es s   to   th i n p u p ix els  ar v ia  f o u r   s a m p le  r eg is ter   ( p r o v is io n al  s to r ag e) ,   to   m ak ac ti v e   t w o   co n c u r r e n p r ed ict  an d   u p d ate,   as  illu s tr ated   in   F ig u r 1 .   T h ese  s a m p le s   ca n   b in p u s a m p les  o r   ea r lier   co ef f icie n t,  d ep en d i n g   o n   t h " f ir s t"   s ig n al.   I f   t h f ir s s ig n a =1 ,   it  w r ites   i n p u s a m p les  in to   1 s t,  2 n d ,     3 r d   ad d r ess es.           Fig u r e   1 .   L o w   p o w er   L S f o r   t h FDW T       T h tr an s f o r m   co ef f icie n ts   ar e   ac cu r atel y   d en o ted   b y   f i n ite  p r ec is io n   n u m b er s .   A   f i x ed   p r ec is io n   o f   8   b its   p er   p ix els  w er ch o s e n .   A n   ad d itio n   o f   th e v en   v al u es  ( [ 2 n ]   an d   [ 2 n +2 ] )   is   s av ed   in   r eg i s ter   th er eb y   cr ea tin g   d iv is io n   b y   t w o   as  s h if o n b it  r i g h t.  T h o u t co m is   d ed u cted   f r o m   [ 2 n +1 ] .   A t h o u tp u t,  t h o d d   h ig h   p ass   w av ele v al u es  [ n - 1 ]   an d   Y[ n ]   w er o b tain ed ,   w h ic h   ar s u m m ed   u p   an d   s h i f ted   as  d iv is io n   b y   f o u r   o p er atio n s   is   m er g ed   an d   th r esu lt  is   ad d ed   w ith   e v en   i n p u s a m p le  v al u [ 2 n ] .   T h is   p r o ce d u r p r esen ts   th e v en   lo w   p as s   v alu e s .   T h VH DL   Mo d u le  e x p lai n i n g   A r c h it ec tu r es  i s   ill u s tr ated   in   Fi g u r 2 .   C o m p u tatio n s   a r p er f o r m ed   f o r   all  lev e ls   u p   to   th s i g n a le d   lev el  b e g in n in g   w i th   lev el  1 .   T h u s ,   t h p r o p o s ed   2 D - DW T   m o d u le  s tate  m ac h in e   r ea d s   th 2 D - DW T   s ig n als  a n d   ta k es  ac tio n s   a s   s h o w n   i n   Fig u r 3 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   3 ,   No v em b er   2 0 1 8   :   2 0 3     2 1 4   206       F ig u re   2 .   5 / 3   L S   F DW T   M o d u le  d e sc rib in g   a rc h it e c tu re s           F ig u re   3.   T h e   p ro p o se d   2 D - DW m o d u le sta te m a c h in e       T o   ca r r y   o u th 1 - tr a n s f o r m s   i n   r o w   w is e,   th 2 D_   D W T   C o n tr o m o d u le  b e g i n s   1 D_   DW T   co n tr o u n it  b y   ap p ly i n g   re s et   s ig n al.   I f   th ex ter n al  Reset   s ig n al  is   af f ir m ed ,   it  im m o b ili ze s   5 /3   W T C o r e   an d   R A b lo ck   an d   ex p ec th p o s itiv ed g o f   s t a rt   s ig n al  t o   b e   s tated .   Ho w e v er ,   n o   v alu e s   ar w r itte n   to   th d ata  b u s .   T h in itial  i m a g s o u r ce   is   s to r ed   in   an   i n ter n al  R A at  ti m e.   T h DW T _ 2 D_ C o n tr o b lo ck   tr ig g er s   th p r o ce s s o r   u p o n   a cc ep tin g   a n   ac ti v s tar s i g n al   f r o m   th s y s te m   en v ir o n m e n t.  T h s t a rt   s ig n a allo w s   th p r o ce s s o r   to   re a d   an   8 - b it  p ix el  d ata  f r o m   th e   o r ig in al  lo ca tio n   o f   th in ter n al  R A an d   s tar t   th co m p u tat io n   tr an s f o r m a ti o n .   T h d ata  ar e   r ea d   in   s eq u en ce   f r o m   th m e m o r y .   Fo r   ev er y   co m p u tatio n   lev el,   p ix el  v al u es  ar f ir s r e ad   in   r o w - by - ro w .   T h i s   p r o ce s s   is   m ai n tai n ed   till   al p ix el  v alu e s   f r o m   all  r o w s   ar r ea d ,   an d   th tr an s f o r m e d   v alu es  s a v ed   in   th R A M.   Fo llo w i n g   t h e   r ea d in g   i n   o f   all  th r o w s   an d   th co m p u tatio n   co m p leted ,   th r esu lts   ar w r itte n   to   th in ter n a R A w h e n   w rit e   s ig n al   i s   af f ir m ed .   Su b s eq u e n to   tr an s f o r m atio n   o f   all  th r o w s   o f   th e   im a g e,   2 D_   DW T   C o n tr o m o d u le  r estar ts   th tr an s f o r m a tio n   p r o ce s s   i n   co lu m n   w i s e,   th er eb y   co m p letin g   t h lev e l - 1   tr an s f o r m atio n ,   ac co r d in g l y .   T h m o d if ied   p ix el  v al u es  o f   th n e w   i m a g d ata  in   th R A ar r ea d   in   co lu m n   b y   co lu m n   an d   p r o ce s s ed   s i m ilar l y   a s   t h r o w s .   T h r e s u lt s   ar s a v ed   i n   t h i n ter n a R A a f ter   f i n is h i n g   t h co m p u tat io n s   f o r   all   co lu m n s .   T h s ize  o f   t h in ter n a R A is   d o u b le  o f   th o r ig i n al  i m a g s ize.   Af ter   co m p leti n g   th e   tr an s f o r m atio n   u s i n g   th p r o ce s s o r   as  w ell  a s   co m p u t in g   all  th d e m a n d ed   lev els  o f   th i m ag e,   t h re a dy   s ig n al  i s   ass er ted   b y   t h p r o ce s s o r   to   s ig n i f y   t h at  t h s y s te m   is   p r esen tl y   ca p ab le  o f   r ea d in g   th tr a n s f o r m ed   i m a g d ata  r esu lt s   f r o m   th R A M.     T h is   t ask   is   p er f o r m ed   b y   in tr o d u ci n g   p ar a m eter s   to   2 D - DW T   co n tr o u n it  w h ic h   d em a n d s   tr an s f o r m i n g   o n   5 /3   W T an d   w ait in g   f o r   it to   b co m p leted   an d   b r ep licated   o n   all  o f   th r o w s   an d   co lu m n s   d u r in g   th h o r izo n tal  an d   v er ti ca p ass es  till   th en d   o f   2 DW T   p r o ce s s .   T h w h o le  a m o u n o f   ca lcu latio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       E n erg a n d   A r ea   E ffective   Ha r d w a r Desig n   o f Li ftin g   A p p r o a ch   Dis crete…   ( K h a mee s   K h a la f H a s a n )   207   is   b ased   o n   th le v el  o f   co m p u tatio n   p ar tic u lar   to   th n u m b er   o f   lev els,  NL   s i g n al.   E v er y   lev el  d e m a n d s   to   r ea d   d ef in ite  n u m b er   o f   r o ws an d   co lu m n s   s y m b o lizi n g   s p ec if ied   n u m b er   o f   p ix e ls .   T h th ir d   v ital  co m p o n en is   th m e m o r y   m o d u le  w h ich   is   n ec ess ar y   f o r   s av in g   th o r ig in al  in p u t   i m a g p ix el s   an d   t h r es u lta n w a v elet  tr a n s f o r m   co ef f ici en ts .   T h m e m o r y   is   ca p ab le  o f   d ea lin g   w it h   a   r eq u est  o n l y   i f   th w rit e   o r   th re a d   s i g n a is   ac ti v el y   h ig h .   I n p u i m a g d ata  ar ac tiv a ted   b y   t h m e m o r y   re a d   s ig n al  f o r   s i m u latio n   p u r p o s es.  T h in p u i m a g p ix el s   ar s to r ed   in   th e x ter n al  m e m o r y   s tr aig h f r o m   th i n p u te x f ile  w h er t h e   i m a g p ix el s   ar s to r ed .   T h co n s eq u e n w a v elet   tr a n s f o r m   co ef f icie n ts   ar d is ca r d ed   in to   th o u tp u t   te x t   f ile.   Fo r   ea ch   ca lc u latio n   p h ase,   p ix el  v al u e s   ar f ir s r ea d   b ased   o n   r o w   by - r o w   p atter n .   T h is   p er s is ts   u n t il  all  p ix el  v al u es  f r o m   all  r o w s   ar r ea d   an d   th tr an s f o r m ed   co ef f icien ts   ar e   s to r ed   in   th m e m o r y .   T h i n v er s w a v elet  tr an s f o r m   o f   t h ca lcu lated   DW T   co ef f icie n ts ,   g iv e s   tr a n s f o r m ed   i m a g w h ic h   w il l b s i m ilar   to   th o r ig i n al  u s ed   i m a g w it h   s a m n u m b er   o f   co e f f icien ts .       4.   H ARDWA R E   I M P L E M E NT AT I O RE SU L T S A ND  A NALYS I S F O P RO P O SE SYST E M   C o n v en t io n all y ,   t w o   m e m o r y   b lo ck s   ar e m p lo y ed   i n   i m a g p r o ce s s in g   s y s te m s   f o r   t w o   f u n ctio n s :   th s to r ag o f   o r ig in a i m a g e,   an d   f o r   th o u tp u ts .   T h in - p l ac m ap p in g   s c h e m w a s   u s e d   in   o r d e r   to   ev ad th s ec o n d   b lo ck th f ilter s   o u tp u ts   ar w r itte n   o v e r   m e m o r y   co n te n ts   t h at  h av b ee n   u s ed   an d   n o   lo n g er   r eq u ir ed   as sh o w n   i n   Fi g u r 4 .     Fro m   th f ir s 8   s elec ted   r o w   s u cc es s io n   o f   s a m p le s   o f   L en i m a g e,   it  is   s u p p o s ed   th at  in p u t   co ef f icie n t s   ar s h i f ted   f r o m   th ( I N)   i n p u t   m e m o r y   to   t h e   f il ter   an d   t h in p u t   m e m o r y   s to r es  co ef f ic ien t,  I N( 0 ) =A 1   at  ad d r ess   0   an d   co ef f icien t I N( 1 ) =A 1   at  ad d r ess   1   an d   s o   o n ,   as illu s tr ated   in   Fi g u r 5 .   T h p air   o f   co ef f icien ts   L 1   ( 0 ) =A 1 ,   H1   ( 0 ) =A 2   is   f o r m ed   th r o u g h   f ilter i n g   t h 3   f ir s in p u t   co ef f icie n t s ,   af ter   ex ec u t in g   th ex t e n s io n   b o u n d ar y .   Gi v e n   th at,   in p u co ef f icie n t s   ar p r esen tl y   s to r ed   in   th m e m o r y   an d   w ill  n o b ac q u ir ed   ag ain   f r o m   t h in p u s a m p les  m e m o r y ,   L 1   ( 0 )   an d   H1   ( 0 )   ca n   b e   s to r e d   in   t h eir   p lace   ( ad d r ess es  0   an d   1 ) .   Si m ilar l y ,   co e f f ic ien t s   L 1   ( i) ]   an d   H1   ( i) ,   ca n   b s av ed   at  ad d r ess es,  2 an d   2   i+1 ,   in   th at  o r d er   as sh o w n   i n   Fi g u r 6 .           F ig u re   4.   T h e   i n - p lac e   m a p p in g   sc h e m e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   3 ,   No v em b er   2 0 1 8   :   2 0 3     2 1 4   208       F ig u re   5 .   W a v e f o r m   in d ica ti n g   LE NA   tes i m a g e   p ix e ls’  in p u ts  o f   m e m o r y   m o d u le           Fig u r e   6 .   W av ef o r m   i n d icati n g   DW T   in p u ts   o f   m e m o r y   m o d u le     T h t w o   m aj o r   f ea tu r es  w h ic h   co n s t itu te  th b asic  r eq u i s it es  o f   2 DW T   ar ch itectu r es  w it h   h i g h   p er f o r m a n ce   ar e f f ec t iv u s o f   ar ea   an d   r ap id   p er f o r m an ce .   T h is   s t u d y   s u g g est s   a   r eso u r ce - e f f icien t   ar ch itect u r f o r   th p er f o r m a n ce   o f   m u lti - le v el  d ec o m p o s i tio n   2 D - DW T   u s in g   th L f i lter .   I n   co n tr ast  to   th u s u al  J P E G2 0 0 0   L ee   Gall  w a v elet  tr an s f o r m ,   th p r o p o s ed   L is   s i m p ler ,   m o r r ap id ,   an d   d ec r ea s es   th co m p u tatio n   o p er atio n .   T h p r o p o s ed   lo w   p o w er   2 DW T   ar ch itectu r u s i n g   5 /3   L S   is   p er f o r m e d   o n   A lter C ir cu i E m u latio n   De v elo p m e n a n d   E d u ca tio n   B o ar d   DE 2 ,   an d   tar g et  ch ip s et  d ev ice  is   C y c lo n eI I :   E P 2 C 3 5 F6 7 2 C 6 FP GA .   T h p h y s ical  h ar d w ar la y o u is   f o r m ed   w it h   th u s o f   Qu ar tu s   I I   s y n t h esi s   eq u ip m e n t.  I i s   v al u ab le  d esig n   tec h n iq u is   u s ed   to   o b t ain   t h V HD L   co d as  s o u r ce ,   an d   tr an s late  i t   au to m at icall y   in to   n et - lis t.  T h p er f o r m a n ce   o f   t h is   p r o p o s ed   5 /3   L ex h ib ited   co n s id er ab le  en h an ce m e n ts   in   t h o v er all  n u m b er   o f   c alcu latio n s   a n d   p r o v id ed   lo w er   co r r es p o n d in g   g ate  c o u n t s   co m p ar ed   to   th co n v en t io n al  L ee   Gall  5 /3   lif ti n g   f i lter   co d in g   p r o ce s s ,   as   s h o w n   i n   T ab le 1   an d   2 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       E n erg a n d   A r ea   E ffective   Ha r d w a r Desig n   o f Li ftin g   A p p r o a ch   Dis crete…   ( K h a mee s   K h a la f H a s a n )   209   T ab le  1 .   P er f o r m a n ce   C o m p ar is o n   i n   Gate   Usa g f o r   L o w   P o w er   2 DW T   C o d in g   P r o ce s s   A n al y s i s   Sy n t h es i s     Res o u rce   U s ag e   L en i m ag e   6 4 × 6 4   p i x el s   L en i m ag e   1 2 8 × 1 2 8   p i x el s   L en i m ag e   2 5 6 × 2 5 6   p i x el s   L en i m ag e   5 1 2 × 5 1 2   p i x el s   T o t al   l o g i el em en t s   L E s   b y   n u m b e o f   L U T   i n p u t s   1 2 0   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L es   1 2 4   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   1 2 7   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   1 3 7   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   T o t al   reg i s t er s   74   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L es   7 7   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   8 0   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   8 5   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   I / O   p i n s   4   ( <   1 % ) u s er   I / O   p i n s   f ro 4 7 5   4 5   ( 1 0 % u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   4 9   ( 1 0 % u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   5 3   ( 1 1 % u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   G l o b al   cl o ck s   G CL K s   2   (   1 3   %   u s er   G CL K s   f ro 16   2   (   1 3   %   u s er   G CL K s   f ro 1 6   2   (   1 3   %   u s er   G CL K s   f ro 1 6   2   (   1 3   %   u s er   G CL K s   f ro 1 6   T h erm al   p o w er   0 . 1 1 4   W   0 . 1 1 4   W   0 . 1 1 4   W   0 . 1 1 5   W       T a b le 2 .   P e rf o rm a n c e   Co m p a riso n   in   G a te Us a g e   f o 2 D DW T   L e e   G a ll   5 /3   L if ti n g   F il ter Co d in g   A n al y s i s   Sy n t h es i s   Res o u rce   U s ag e   L en i m ag e   6 4 × 6 4   p i x el s   L en i m ag e   1 2 8 × 1 2 8   p i x el s   L en i m ag e   2 5 6 × 2 5 6   p i x el s   L en i m ag e   5 1 2 × 5 1 2   p i x el s   T o t al   l o g i el em en t s   L E s   b y   n u m b er  o f   L U T   i n p u t s   7 3 9   ( 2   % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L es   8 5 6   ( 3 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   8 8 6   ( 3 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   9 5 1   ( 3 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   T o t al   reg i s t er s   3 4 3   ( <   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L es   3 7 5   1 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   4 0 7   ( <   2 % u s ag f ro 3 3 2 1 6   L E s   4 3 9 ( <   2   %   )   u s ag e   f ro 3 3 2 1 6   L es   I / O   p i n s   42   ( 9 % ) u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   4 6   ( 1 0 % u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   5 0   ( 1 0 % u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   5 4   ( 1 1 % u s er  I / O   p i n s   f ro 4 7 5   max   cl o ck     11 4 . 8 1   MH ( p er i o d = 8 . 7 1 0   n s )   1 1 4 . 9 2   MH (p er i o d = 8 . 7 0 2   n s )   1 3 4 . 1 0   MH ( p er i o d = 7 . 4 5 7   n s )   T h erm al   p o w er   0 . 1 2 9   W   0 . 1 3 1   W   0 . 1 3 2   W   0 . 1 3 7   W       T h S y n th e s is   p r o ce s s   p e r f o r m ed   i n d icate s   t h at  th e   s e lecte d   al g o r ith m   co r r es p o n d s   to   th p r er eq u is ite s   o f   t h d esi g n   p r o ce d u r e.   T h er ef o r e,   b eh av io r al  m o d el  ca n   b d ev e lo p ed   in   VH D L   to   b e   u s ed   f o r   d is cr ete  w a v elet  tr an s f o r m   f o r   i m ag p r o ce s s i n g .   T h u s   th d esi g n   ca n   m ee r ea l   ti m r eq u ir e m e n ts ,   w h ic h   f i n all y   m ap   to   th g ate  l ev el.     Af ter   p er f o r m i n g   s y n th e s is   an d   o th er   v er i f icatio n   p r o ce s s es,  R eg i s ter   T r an s f er   L e v el  ( R T L )   s i m u lat io n   o f   DW T   Mo d u le  h as  b ee n   ac h ie v ed .   T h R T L   o r   T ec h n o lo g y   Ma p   h elp s   t o   ch ec k   t h d esi g n   v is u all y .   T h er ef o r it  is   n ec ess ar y   to   w r i te  th p h y s ical  b eh av io r   an d   th e n   s i m u late  it  u s i n g   th d if f er en v er s io n s   o f   g r a y   s ca le  te s i m a g d ata  i.e .   b y   w r iti n g   t h te s t   b en ch   to   v er i f y   t h f u n ct io n al it y .   T h te s b en c h   is   w r itte n   f o r   f o u r   m o d u le s   b y   u s i n g   th s a m la n g u a g ( VH DL ) .   T h VHD L   m o d u le  h as  b ee n   au t h en ticated   v ia  s i m u latio n   u s in g   Mo d elSi m - Alter s o f t w ar e.   T h Me n to r   Gr ap h ics  Mo d elSi m - A lter a   s o f t w ar ca n   ca r r y   o u tim in g   s i m u latio n   o f   VHDL   d esig n   f r o m   th M o d elSi m - A lter in ter f ac o r   w it h   co m m a n d - li n e   co m m a n d s   as il lu s tr ated   in   Fi g u r 7 .   T h v ar ied   s tim u l u s   s ig n al  p r esen ted   to   th FDW T   m o d u l w h ich   is   d ev elo p ed   b y   t h test   b en c h   en v ir o n m e n i n cl u d es  R ese t,  C lo ck ,   an d   Star t.  R ea d y   is   t h e   o u tp u s i g n a w h ic h   is   r et u r n e d   to   th co n tr o u n it   u s i n g   Mo d elSi m - Alter 6 . 5 b .   T h d esig n   ap p lies   an   eq u iv a len t   c o d in   t h i n v er s I DW T   m o d u le.   T h in v er s tr an s f o r m   ca n   i n s tan tl y   b d er iv ed   f r o m   th e   s a m s tr u ct u r al  F DW T   d esig n .   T h o r ig in al  p i x el s   d ata  in p u to   th FDW T   ca n   b co m p letel y   r ec o v er ed   f r o m   th esti m a ted   av er ag es  a n d   w a v elet  co ef f icie n ts   co m p o n e n t s .   T h FDW T   an d   I DW T   ex ec u ted   w it h   liftin g   th eo r e m   u s in g   5 /3   w av e let  t r an s f o r m   o f   s i m ilar   co m p u tatio n   in tr icac y   g iv e n   t h at  t h w h o le  lo g ic  d ev ice s   ar r eq u ir ed   to   b s im ilar .   T h I DW T   s y n t h esi s   p r o ce s s   is   co n d u cted   to   p r o d u ce   R T L   Sch e m atic s   ef f ec ti v el y .   T h er is   th co n s ta n d e m a n d   f o r   clo ck   c y cle s   at  d if f er e n le v els  o f   ca lc u lati o n   b eg in n i n g   f r o m   t h ti m t h s tar s i g n al  is   a f f ir m ed   til l   th r ea d y   s i g n al  i s   p r o v id ed .   T h clo ck ,   s tar t,  a n d   r eset  in p u s ig n als   f r o m   te s t   b en ch   e n v ir o n m en a n d   th s y s te m   o u tp u t   r ea d y   s ig n al  f o r   th FDW T   m o d u le  i s   s h o w n   i n   Fi g u r 8 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   3 ,   No v em b er   2 0 1 8   :   2 0 3     2 1 4   210   M o d e l S i m - A l t e r a   6 . 5 b   r e s u l t s Q u a r t u s   I I   s i m u l a t i o n   f l o w   s u m m a r y   r e p o r t   T e s t   b e n c h   t o   v e r i f y   V H D L   d e s i g n         Fig u r e   7.   S y n th e s is   r ep o r t a n d   th s i m u latio n   r esu l t o f   th p r o p o s ed   2 D - DW T   m o d u le           Fig u r 8 .   Si m u latio n   w av e f o r m   r es u lt  o f   t h p r o p o s ed   m o d u le       T h e   en er g y   d is s ip ated   d u r in g   t h 2 DW T   d ec o m p o s it io n   p r o ce s s   i s   ac q u ir ed   b y   co u n t in g   th n u m b er   o f   o p er atio n s   ( co m p u tat io n )   ess e n tia f o r   d ec o m p o s in g   a n   i m a g a n d   th m e m o r y   d ata - ac ce s s   lo ad .   T h u s ,   t h n u m b er   o f   c y cles  u s ed   f o r   th 2 DW T   co d in g   p r o ce s s   is   t h m o s s ig n i f ican f ac to r   f o r   en er g y   r elate d   is s u e.   I is   o b s er v ed   th at  i n cr ea s i n g   th n u m b er   o f   co m p u tatio n   lev el s   s u b s eq u en tl y   e lev ate s   th n u m b er   o f   clo ck   c y cle s   n ee d ed   f o r   ex ec u t in g   t h ta s k s .   T h is   is   d u to   t h h i g h   ac ce s s   to   m e m o r y   r elate d   to   th la r g n u m b er   o f   c y c les  r eq u ir ed   f o r   en lar g in g   t h s ize  o f   th e m b ed d ed   b u f f er   u s ed   to   s av e   th i m ag i n f o r m atio n .   T h u s ,   th co m p u tatio n   ti m al s o   r is es  d ep en d in g   o n   t h in cr ea s in   le v el  o f   d ec o m p o s itio n   f o r   b o th   1D - DW T   an d   2 D - DW T   p r o ce s s es.  Fo r   t h is   s tu d y ,   th co m p u tatio n   ti m w as  n o r m alize d   t o   b co n s is ten w it h   in ter n a clo ck   r ate.   T h at  is ,   t h co n s id er ab le  d r o p   in   th co m p u tat io n   ti m r es u lt s   in   lo w er   s ized   v er s io n s   i n   co n tr ast  o th er   i n cr ea s ed   i m a g s ize  v er s io n s   as  p r ese n ted   in   T ab le  3 .   T h an ticip ated   o v er all  ti m w h ich   ca n   b o b tain ed   b y   th F DW T   en co d er   f o r   all  im a g s ize  v er s io n s   is   ca lcu lated   as.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       E n erg a n d   A r ea   E ffective   Ha r d w a r Desig n   o f Li ftin g   A p p r o a ch   Dis crete…   ( K h a mee s   K h a la f H a s a n )   211   T ab le  3 .   C o m p u ta tio n   T i m o f   A lter C y clo n I I   2 C 3 5   FP G A   De v ice f o r   L o w   P o w er   2 DW T   5 /3   L if ti n g   Fil ter   C o d in g   2 D   D W T   c o mp u t a t i o n   t i me   ( m s)   L e n a   i mag e   6 4 × 6 4   p i x e l s   L e n a   i mag e   1 2 8 × 1 2 8   p i x e l s   L e n a   i mag e   2 5 6 × 2 5 6   p i x e l s   L e n a   i mag e   5 1 2 × 5 1 2   p i x e l s   L e v e l   L =1   0 . 1 2 8 4 2   0 . 5 1 0 5 4 6   2 . 0 7 3 0 1   7 . 8 7 5 4 4   L e v e l   L =2   0 . 1 5 9 6 4   0 . 6 3 8 3 9   2 . 5 9 3 8 8   9 . 8 5 1 4 0   L e v e l   L =3   0 . 1 6 8 0 1 0   0 . 6 7 1 5 2   2 . 7 2 6 5 1   1 0 . 3 4 9 9 9   L e v e l   L =4   0 . 1 7 0 3 8   0 . 6 8 0 3 9   2 . 7 6 0 8 8   1 0 . 4 7 6 9 4   L e v e l   L =5   0 . 1 7 1 3 5   0 . 6 8 2 9 2   2 . 7 7 0 0 8   1 0 . 5 0 9 8 4   L e v e l   L =6   0 . 1 7 1 8 4   0 . 6 8 3 9 4   2 . 7 7 2 7 0   1 0 . 5 1 8 6 5   L e v e l   L =7   0 . 1 7 2 1 0   0 . 6 8 4 4 7   2 . 7 7 3 7 6   1 0 . 5 2 1 1 6       As  th s tate  o f   d ec o m p o s it io n   o f   i m a g r is es,  m o r e s ti m ated   an d   co m p r e h en s iv d ata   b ec o m e s   ac ce s s ib le.   T h p r o ce s s   d u r atio n   d if f er   o v er   b o th   th i m a g s ize   an d   t h d ec o m p o s itio n   le v els.  T h s u g g este d   ar ch itect u r d esig n   h as   lo w er   ca lcu latio n   ti m i n   co n tr ast  to   th co n v e n tio n a J P E G2 0 0 0   lif ti n g   as  d ep icted   i n   T ab le  4 .       T a b le 4 .   Co m p u tatio n   ti m e   f o JPE G 2 0 0 0   2 D DW T   5 /3   li f ti n g   f il ter co d i n g   2 D   D W T   c o mp u t a t i o n   t i me   ( m s)   L e n a   i mag e   6 4 × 6 4   p i x e l s   L e n a   i mag e   1 2 8 × 1 2 8   p i x e l s   L e n a   i mag e   2 5 6 × 2 5 6   p i x e l s   L e n a   i mag e   5 1 2 × 5 1 2   p i x e l s   L e v e l   L =1   0 . 5 2 4 2 0 5 9 8 4   2 . 1 6 8 4 2 6 0   8 . 5 9 7 5 3 7 4 1   2 9 . 3 8 6 5 2 4 9 8   L e v e l   L =2   0 . 6 5 4 2 1 0 5 2 6   2 . 7 1 1 4 0 1 4   1 0 . 7 5 1 6 8 8 1 3   3 6 . 7 4 3 9 2 2 4 4   L e v e l   L =3   0 . 6 8 7 6 5 6 2 5   2 . 8 4 9 1 1 5 9   1 1 . 2 9 4 1 4 3 7 5   3 8 . 5 8 9 9 7 0 1 7 1   L e v e l   L =4   0 . 6 9 6 4 9 6 7 1   2 . 8 8 4 5 3 9 6   1 1 . 4 3 1 7 2 6 4 1   3 9 . 0 5 4 8 3 9 6 7 1 8   L e v e l   L =5   0 . 6 9 8 9 5 5 5   2 . 8 9 3 9 0 2 9   1 1 . 4 6 7 1 1 6 2 5   3 9 . 1 7 2 7 4 4 2 2 0   L e v e l   L =6   0 . 7 0 0 1 9 7 3   2 . 8 9 6 5 0 7 2   1 1 . 4 7 6 4 7 0 5 8   3 9 . 2 0 3 0 7 2 3 3 4   L e v e l   L =7   0 . 7 0 0 7 4 8 3   2 . 8 9 7 8 2 2 4   1 1 . 4 7 9 0 7 2 3 9   3 9 . 2 1 1 0 8 8 7 3 9 7       T h d esig n   o f   a   P C B   m u s i n co r p o r ate  an   ap p r o x i m ate   v al u o f   th e   p o w er   co n s u m p tio n   o f   d ev ic e   in   o r d er   t o   d ev elo p   s u itab le  p o w er   b u d g et,   an d   to   d esig n   r elate d   r eq u ir e m en ts   s u ch   as  p o w er   s u p p lies ,   v o ltag r e g u la to r s ,   h ea s in k ,   an d   co o lin g   s y s te m .   T o   an al y s ap p r o x i m atel y   th p o w e r   co n s u m ed   b y   all   m o d u les,  t h p o w er - e s ti m ato r   to o in   th A lter Qu ar tu s   v er s io n   9 . 1   w as  u s ed .   T h p o w er   r ep o r o f   th p r o p o s ed   s tr u c tu r o f   2 DW T   is   illu s tr ated   in   Fi g u r 9 .   T h Po w er P la y   P o w er   A n a l y s is   to o ls   ar u tili ze d   to   ev alu at d ev ice  p o w er   co n s u m p tio n   ac cu r atel y .   T h h ar d w ar d esi g n   p r o ce s s   in v o l v es  t h ex c h an g b et w e en   th s etb ac k s   li m itat io n   f ac to r s   s u ch   a s   s p ac e,   s p ee d   an d   p o w er   ar tr i m m ed   to   d r asti ca ll y   en h a n ce   e f f ic ie n c y .   T h i n p u t /o u tp u I /O  p i n s   co n s u m h u g e   a m o u n o f   p o w er   b ec au s e   t h e y   ar d esi g n ed   in   lar g er   g e o m e tr y   co m p ar ed   to   th e   co r e,   to   s u p p o r s in k i n g   cu r r en ts   f o r   all  o f   th I /O  s tan d ar d s   [ 3 1 ] .   No n eth eless ,   g iv en   th at  all  th d esi g n s   h a v ab o u th s i m ilar   I /O   p in s ,   alth o u g h   w it h   v ar ied   p o w er   co n s u m p tio n   [ 3 1 ] .   T h p o w er   co n s u m p t io n   ev al u atio n   s h o w ed   th at   th p r ef er r ed   ch ip s et  co n s u m ed   ar o u n d   0 . 0 3 3 W   co m p ar ed   to   th o th er   co m p o n en t s   o f   th d esig n s .   T ab le  5   s h o w s   co m p ar ati v an al y s is   o f   h ar d w ar p er f o r m a n ce s   o f   ass o c iated   i m p le m en ted   ar ch itectu r es  b ased   o n   f r eq u en c y ,   t h n u m b er   o f   FP G A   s lices,  i m ag s ize,   co n s u m e d   p o w er ,   an d   co m p u tin g   d u r at io n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   3 ,   No v em b er   2 0 1 8   :   2 0 3     2 1 4   212   P o w e r P l a y   P o w e r   O p t i m i z a t i o n       Fig u r 9 .   P o w er p la y   p o w er   o p ti m izat io n   i n   th q u ar t u s   i i so f t w ar d esi g n   f lo w       T h p r o p o s ed   ar ch itectu r w a s   ev al u ated   ag ain s an   a v er ag f r eq u en c y   o f   1 6 0 . 2 3   MH f r eq u en c y   ( p er io d = 6 . 2 4 1   n s )   f o r   clo ck   cy cl es.  T h ar ch itect u r e m p lo y ed   1 2 7 s lices,  o f   w h ich   o n l y   1 w a s   u s ed   f r o m   3 3 2 1 6   w ith   2 5 6 ×2 5 6   im a g s i ze   v er s io n .   T h is   i s   r eg ar d ed   as  v er y   lo w   in   co n tr ast  to   t h o th er   ar ch itect u r es,   p ar ticu lar   s in ce   t h n u m b er   o f   clo ck   c y c les  is   p r in c ip al  f ac to r   in   t h e ne r g y   co m p u t atio n s .   Si m p l y   p u t,   th co n s id er ab l y   s m aller   co m p u tat io n   d u r atio n   lead s   to   lo w er   p o w er   co n s u m p t io n   co m p ar ed   to   o th er   ar ch itect u r es.  Ho w e v er ,   th p r o p o s ed   ar ch itectu r ex h ib ite d   as  th m o s r ap id   co m p u ti n g   ti m co m p ar ed   to   th th o th er   5 /3   o r   9 /7   L s tr u ctu r es.  T h p r o p o s ed   en er g y   e f f icie n L 5 /3   s ch e m is   u n co m p licated   an d   s tr aig h t f o r w ar d   to   i m p le m en t   an d   o f   h ig h   o u tco m e,   m o s tl y   in   h ar d w ar co n tr o lled   p latf o r m s   w i th   li m ite d   m e m o r y   a n d   p o w er   ess e n tia ap p licatio n s .   Su b s eq u e n to   an al y zin g   th s o u r ce s   an d   lev el  o f   en er g y   co n s u m p tio n   i n   th e   w av e le tr an s f o r m ,   t h 5 /3   f ilter   tech n iq u w a s   m o d i f ied   t o   f u r th er   m i n i m ize   th co m p u tatio n   e n er g y   a n d   co m m u n icatio n   e n er g y   r eq u ir ed   f o r   w av ele t - b ased   i m a g co m p r ess io n   a n d   w ir ele s s   tr a n s m i s s io n   b y   d ec r ea s in g   th a m o u n o f   ar it h m e tic  o p er atio n s   a n d   m e m o r y   ac ce s s es,  a n d   tr an s m itted   b its ,   r esp ec ti v el y .       T a b le 5 .   Re su lt s o f   p e rf o rm a n c e ,   t im e   a n d   siz e   u ti l iza ti o n   f o s o m e   re g a rd in g   DWT   h a rd w a r e   re late d   w o rk s   P a r a me t e r s   P r o p o se d   A r c h i t e c t u r e   [ 2 1 ]   A r c h i t e c t u r e   [ 2 2 ]   A r c h i t e c t u r e   [ 2 3 ]   A r c h i t e c t u r e   [ 2 4 ]   A r c h i t e c t u r e   [ 2 5 ]   A r c h i t e c t u r e   D W T   F i l t e r   5 / 3   5 / 3   5 / 3   o r   9 / 7   5 / 3   9 / 7   o r   5 / 3   9 / 7   F i l t e r   t y p e   L i f t i n g   sch e me   L i f t i n g   sch e me     L i f t i n g   sch e me     L i f t i n g   sch e me   I mag e   si z e   2 5 6 × 2 5 6   2 5 6 × 2 5 6   5 1 2 × 5 1 2   2 5 6 × 2 5 6   2 5 6 × 2 5 6   N / A   I n p u t   d a t a   p r e c i si o n   8 b i t s   8 b i t s   8 b i t s   8 b i t s   8 b i t s   8 b i t s   D e v i c e   A L T ER A   D E2   C y c l o n e   I I   X C V 6 0 0 E   X C V 6 0 0 E   X C 4 V L X 1 5   X C V 6 0 0 E   A P EX 2 0 K E   C o mp u t a t i o n   t i me   2 . 0 7 3   m s   2 . 3 6   ms   5 . 8 8   ms   N / A   N / A   N / A   N u mb e r   o f   sl i c e s   1 2 7   ( <   1 )   f r o 3 3 2 1 6   1 8 3 5   2 5 5 4   2 6 4 6   4 7 2 0   7 7 2 6   F r e q u e n c y   1 6 0 . 2 3   M H z   1 0 8   M H Z   4 5   M H Z   1 1 7 . 6   M H Z   7 5   M H Z   6 6 . 8   M H Z   P o w e r   D i ssi p a t i o n   0 . 0 3 3   W   0 . 0 4 7   W   N / A   0 . 2 1 4   w   N / A   N / A       5.   CO NCLU SI O NS   L i f ti n g   th eo r e m   w a s   e m p lo y e d   v ia  L 5 /3   w a v elet  tr an s f o r m   to   d ev elo p   d esig n   w h er m u ltip lier s   h av b ee n   s u b s tit u ted   w it h   s h i f ter s ,   t h er eb y   d ec r ea s in g   t h v o lu m o f   o p er atio n s   in v o l v ed   in   co m p u ti n g   DW T   to   ap p r o x i m atel y   o n e - h al f   o f   th o s r eq u ir ed   b y   co n v o l u tio n   ap p r o ac h .   T h er ef o r e,   less   n u m b er   o f   co m p u tatio n s   i s   n ee d ed   an d   c o n tr o co m p lex i t y   b ec o m es  s i m p le.   Mo r eo v er ,   th l if tin g   s c h e m e   is   ad ap tab le  to   in - p lace   co m p u tatio n ,   in   o r d er   f o r   DW T   to   b ex ec u ted   in   lo w   m e m o r y   s y s te m s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.