JPEG2000是新一代的靜態(tài)圖像壓縮標準，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進傳輸和感興趣區(qū)域編碼等，因而它具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在數(shù)碼相機、PDA等便攜式設(shè)備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優(yōu)化截斷點的嵌入式塊編碼(ebcot)算法，其計算復(fù)雜度遠遠高于JPEG，完全采用軟件方案實現(xiàn)將會占用大量的處理器時間和內(nèi)存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產(chǎn)品、消費類電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現(xiàn)的算法實時處理方案具有重要的應(yīng)用價值。 ebcot算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關(guān)鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，但邏輯控制流程復(fù)雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現(xiàn)該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現(xiàn)該算法并進行優(yōu)化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了列判斷和交錯存儲相結(jié)合的硬件實現(xiàn)方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應(yīng)的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內(nèi)完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現(xiàn)方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進傳輸?shù)哪芰?，而碼流組織是獲得漸進傳輸特性的技術(shù)關(guān)鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數(shù)據(jù)包的先后順序來實現(xiàn)漸進傳輸?shù)哪康?。本文對JPEG2000中實現(xiàn)漸進傳輸?shù)臋C制進行了分析，并研究了碼流組織的算法實現(xiàn)。 為了對JPEG2000算法實現(xiàn)進行驗證，本文設(shè)計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術(shù)編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數(shù)據(jù)打包以及和PC機的通信。本文在該平臺上對所設(shè)計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設(shè)計進行了驗證，實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。
標簽：
JPEG
2000
FPGA
編碼
上傳時間：
2013-04-24
上傳用戶：獨孤求源
