JPEG2000芯片實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、國際圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000具備幀內(nèi)編碼、壓縮性能好、感興趣區(qū)域編碼和漸進(jìn)式傳輸?shù)绕焚|(zhì)，尤其在低碼率下具有良好成像效果。這一系列特性十分適合低碼率無線圖像傳輸，相關(guān)成果可以廣泛應(yīng)用在我國國土監(jiān)控以及軍事反恐領(lǐng)域，具有顯著意義。但JPEG2000優(yōu)良品質(zhì)是以犧牲編碼復(fù)雜度為代價的。在芯片實現(xiàn)時，面臨電路建模、資源消耗、并行化計算等一系列問題，尤其是具有壓縮后率失真算法的低碼率圖像編碼硬件方案更少?？紤]到具有低碼率品質(zhì)的JPEG2000

2、芯片存在迫切需求和廣泛前景，本課題對JPEG2000芯片實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)展開研究，研究內(nèi)容包括離散小波變換、位平面編碼、算術(shù)編碼、壓縮后率失真截斷編碼和芯片SoC架構(gòu)的高速、低存儲和低復(fù)雜度VLSI實現(xiàn)。
　　對于提升格式5/3離散小波變換，提出交織掃描算法：利用計算過程中的數(shù)據(jù)相關(guān)性，行列交織的讀入圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。據(jù)此設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，處理N×N圖像僅需N臨時緩存。相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)至少降低了50％，同時保持了較好的速率。
　　對于

3、提升格式9/7離散小波變換，提出了基于翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的四核并行轉(zhuǎn)換電路：兩個行變換核并行讀入奇偶行數(shù)據(jù)進(jìn)行水平方向一維變換，無需中間緩存，兩個列變換核并行讀入高低頻系數(shù)進(jìn)行垂直方向一維變換。電路結(jié)構(gòu)并行度高，僅需4N臨時緩存。單變換核內(nèi)使用定點(diǎn)乘法器，通過流水線技術(shù)實現(xiàn)乘法器時分復(fù)用，關(guān)鍵路徑降低至1個乘法器延時。
　　對于位平面編碼，提出單掃描窗口通道與位平面并行編碼算法：僅需緩存前一列樣本點(diǎn)的顯著性狀態(tài)信息，并讀取當(dāng)前列和后續(xù)兩列的

4、原始數(shù)據(jù)，便可在一個編碼窗口內(nèi)完成當(dāng)前列的通道和位平面并行編碼：之后每次僅需讀入一列新的數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)編碼循環(huán)。據(jù)此設(shè)計了三級流水線的全并行電路結(jié)構(gòu)，僅需259個周期就可處理完32×32的小波子帶，同時保持了較低的硬件開銷。
　　對于算術(shù)編碼，提出一種順序結(jié)構(gòu)的重歸一化規(guī)程，通過添加獨(dú)立的總移位次數(shù)預(yù)測規(guī)程，使得編碼算法可以一次性順序完成當(dāng)前上下文的處理。據(jù)此設(shè)計了具有從流水線的三級流水線電路結(jié)構(gòu)，流水線用于處理無編碼字節(jié)輸出的常規(guī)

5、情況，從流水線單獨(dú)處理編碼字節(jié)的輸出，從而有效縮短各級電路的關(guān)鍵路徑延時。與采用相同工藝的國內(nèi)外研究成果相比，工作時鐘和吞吐量分別提升了40％和26％以上。
　　對于壓縮后率失真截斷編碼，從硬件角度進(jìn)行優(yōu)化并提出一種模塊緊耦合結(jié)構(gòu)：編碼通道失真度和長度計算分別嵌入到位平面編碼模塊和算術(shù)編碼模塊中完成，而算法主體則與上述兩個模塊流水線并行完成。該結(jié)構(gòu)可有效保證低碼率編碼時的速率和效果。
　　基于JPEG2000編碼核整體結(jié)構(gòu)，