一种高速低功耗位平面编码器的研究与设计

摘要

图像压缩编码技术对图像处理中大量数据的存储和传输至关重要，传统静态图像压缩技术，如著名的JPEG标准，在现代新的应用背景下已不能满足厂家以及用户的要求。最新静态图像压缩标准JPEG2000采用小波变换(DWT)和优化截断嵌入式块编码(EBCOT)，在编码效率和压缩图像质量上均远优于JPEG等传统算法，并克服了“大图像方块效应”等一系列JPEG所难以攻破的图像压缩难题，今后必将在静态图像压缩领域占据主导地位。
　　 在JPEG2000压缩系统中，位平面编码对于滤除帧间冗余信息发挥着巨大的作用，其运算量大概占到整个系统运算的70％以上，必须用专用的硬件实现，而面积和编码效率是位平面编码器ASIC实现方案中两个重要的指标，针对二者综合考虑，本文设计了一种基于“跳跃扫描机制”的通道串行位平面编码器，即在扫描通道之间仍采用显著性通道—幅度细化通道—清扫通道的扫描顺序，而在单个通道的扫描编码过程中，加入了跳跃扫描，即在编码之前进行编码预判，跳过那些不属于本通道的编码系数，从而大大的节省了编码时间。
　　 设计验证是FPGA验证平台下进行的，与传统的串行扫描机制相比，本文所设计的编码器将总的编码时间缩减到原来的44％左右，而硬件开销仅仅增加了6.6％。即通过增加少量的硬件开销完成了编码效率的大量节俭。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景及发展现状

1.1.1课题研究背景

1.1.2图像压缩编码发展现状

1.1.3 JPEG2000简介及算法特点

1.2选题的目的和意义

1.3主要研究工作和论文的组织

1.3.1设计主要研究的工作

1.3.2本文的组织

第二章JPEG2000图像压缩算法概述

2.1 JPEG2000压缩系统简介

2.2小波变换算法概述

2.2.1小波变换的基本概念

2.2.2小波提升算法

2.2.3提升算法与传统小波变换的比较

2.3 EBCOT算法产生背景

2.4 EBCOT算法的优点

2.5 EBCOT编码的基本过程

2.5.1位平面编码

2.5.2算术编码

2.5.3第二阶段编码

第三章位平面编码器的结构设计以及电路实现

3.1位平面编码器总体架构设计

3.2通道扫描控制(Pass_controller)

3.3存储器的设计

3.3.1存取器的组织及其重要性

3.3.2存储器s_ram的组织

3.3.3存储器u_ram和d_ram的组织

3.4存储器读取控制

3.5跳跃扫描机制

3.6码流生成模块

3.6.1零编码

3.6.2幅度编码

3.6.3符号编码

3.6.4游程编码

3.7输出选择控制

第四章位平面编码器的软件验证和FPGA验证

4.1位平面编码器软件建模

4.1.1位平面建立模型

4.1.2位平面扫描模型

4.1.3位平面编码器码流生成模型

4.2位平面编码器FPGA验证

4.3位平面编码器结构优化

4.3.1电路优化

4.3.2扫描控制优化

4.4设计中仍然存在的问题

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢