JPEG2000芯片實現(xiàn)關鍵技術研究.pdf

1、國際圖像編碼標準JPEG2000具備幀內(nèi)編碼、壓縮性能好、感興趣區(qū)域編碼和漸進式傳輸?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，相關成果可以廣泛應用在我國國土監(jiān)控以及軍事反恐領域，具有顯著意義。但JPEG2000優(yōu)良品質(zhì)是以犧牲編碼復雜度為代價的。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。考慮到具有低碼率品質(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)關鍵技術展開研究，研究內(nèi)容包括離散小波變換、位平面編碼、算術編碼、壓縮后率失真截斷編碼和芯片SoC架構的高速、低存儲和低復雜度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)相關性，行列交織的讀入圖像數(shù)據(jù)進行轉換。據(jù)此設計電路結構，處理N×N圖像僅需N臨時緩存。相對于傳統(tǒng)結構至少降低了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，提出了基于翻轉結構的四核并行轉換電路：兩個行變換核并行讀入奇偶行數(shù)據(jù)進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)進行垂直方向一維變換。電路結構并行度高，僅需4N臨時緩存。單變換核內(nèi)使用定點乘法器，通過流水線技術實現(xiàn)乘法器時分復用，關鍵路徑降低至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的顯著性狀態(tài)信息，并讀取當前列和后續(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)此設計了三級流水線的全并行電路結構，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。
　　對于算術編碼，提出一種順序結構的重歸一化規(guī)程，通過添加獨立的總移位次數(shù)預測規(guī)程，使得編碼算法可以一次性順序完成當前上下文的處理。據(jù)此設計了具有從流水線的三級流水線電路結構，流水線用于處理無編碼字節(jié)輸出的常規(guī)

5、情況，從流水線單獨處理編碼字節(jié)的輸出，從而有效縮短各級電路的關鍵路徑延時。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，從硬件角度進行優(yōu)化并提出一種模塊緊耦合結構：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。該結構可有效保證低碼率編碼時的速率和效果。
　　基于JPEG2000編碼核整體結構，