JPEG2000編碼器關(guān)鍵模塊的硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).pdf

1、JPEG2000是聯(lián)合圖像專家小組提出的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。與已有的JPEG標(biāo)準(zhǔn)相比，JPEG2000提出了許多創(chuàng)新性的技術(shù)，如離散小波變換（DWT）、最優(yōu)化截?cái)嗲度胧綁K編碼（EBCOT）等，從而在相同編碼圖像質(zhì)量下，JPEG2000可以節(jié)省約50％的編碼比特?cái)?shù)。DWT和EBCOT作為JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵模塊，其實(shí)現(xiàn)性能的好壞將直接影響JPEG2000的性能，因此研究DWT和EBCOT的高效硬件實(shí)現(xiàn)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 本文

2、在詳細(xì)研究JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中DWT和EBCOT模塊算法原理的基礎(chǔ)上，對(duì)DWT和EBCOT模塊的硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)2個(gè)模塊進(jìn)行了流水線設(shè)計(jì)、時(shí)序設(shè)計(jì)等，在FPGA上實(shí)現(xiàn)了DWT和EBCOT模塊，并對(duì)算法模塊的實(shí)現(xiàn)性能進(jìn)行了分析。DWT采用正交小波基作為變換的基礎(chǔ)，與廣泛應(yīng)用的DCT相比，DWT具有良好的比特率壓縮性能和可伸縮編碼特性。但是由于小波算法的高復(fù)雜度，為保證算法實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)性，在實(shí)際應(yīng)用中往往采用基于提升小波的快

3、速算法。 本文在DWT模塊的硬件設(shè)計(jì)中，提出了一種結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、層次清晰的小波提升單元。通過改變移位電路的組合邏輯，可以靈活地實(shí)現(xiàn)9/7有損和5/3無(wú)損小波濾波器；論文同時(shí)對(duì)二維DWT行列變換的控制機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，將二維小波變換交織進(jìn)行，列變換沿著行變換的方向，通過運(yùn)用行緩存控制機(jī)制，節(jié)省了存儲(chǔ)空間，提高了系統(tǒng)的處理速度。本論文設(shè)計(jì)的DWT結(jié)構(gòu)具有處理速度快，硬件利用率高和存儲(chǔ)容量小等優(yōu)點(diǎn)。而位平面編碼是JPEG2000編解碼體系中

4、的關(guān)鍵部分，具有判斷邏輯復(fù)雜和數(shù)據(jù)訪問量大且頻繁的特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了基于一次掃描的位平面編碼方式，有效提高了算法的編碼速度，同時(shí)降低了編碼器對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問的吞吐量。 本文在相關(guān)理論分析和研究的基礎(chǔ)上，對(duì)DWT和EBCOT算法模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化，并以Virtex2-xc2v1000 FPGA為目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行了功能仿真驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的小波變換器的運(yùn)行頻率可達(dá)到100MHZ以上，而位平面編碼器可在50MHz主頻下