JPEG2000 EBCOT编码器的VLSI结构设计

采用并行运算和动态内存控制DMC(dynamicmemorycontrol)的结构完成了EBCOT(em-beddedblockcodingwithoptimizedtruncation)编码器的VLSI设计.在保证编码速度的前提下,最大限度降低了片内存储器的访问频率,同时将片内小波系数缓存量减少了60%以上.在200MHz的工作主频下,每秒可以完成20帧分辨率为1024×1024×24比特图像的JPEG2000编码.该E-BCOT编码器已经作为单独的IP核应用于目前正在开发的JPEG2000图像编解码芯片中.

一种改进的EBCOT图像编码方法

结合JPEG2000标准,简要地阐述EBCOT编码原理,并针对EBCOT编码时间冗长的缺点,提出一种T1优化算法。该优化算法是通过减少编码通道的扫描量及运算量,以达到节省编码时间的目的。由于清除性编码通道扫描的状态为非重要性,对编码过程影响很小,所以采用将清除性编码通道与重要性编码通道合并的思想。通过实例,验证该算法的有效性。

一种新型的样本并行JPEG2000编码器EBCOT体系

提出了一种新型的用于JPEG2000的、基于样本并行(sample-parallel)的低时钟数EBCOT编码器体系,有效降低了处理时间。体系包括1个每周期完成4个样本编码的位平面编码器,和3个每周期完成2位比特编码的内容自适应二进制算术编码器。其中的位平面编码器在码通并行(pass-parallel)的基础上进一步并行了每列4位样本的编码操作。二进制算术编码器通过采用流水线技术来匹配位平面编码器的高吞吐量。

一种新的基于率失真优化的感兴趣区域编码

根据EBCOT编码中率失真优化截取算法的特点,,结合最大位移法提出了以提升率失真斜率来实现任意形状ROI优先编码的方法(DRshift法)。该方法提升的对象是ROI的失真斜率,而非ROI系数,从而避免了最大位移法(Maxshift)中引入过多的位平面导致的编码效率降低的问题。实验结果表明,该算法可在接收到图像的全部编码数据之前,优先实现任意形状的感兴趣区域的高品质重建,提高了编码效率,并且,通过改变提升因子的大小可实现感兴趣区域与背景区域重建图像质量的灵活可调。

JPEG2000编码算法中上下文关系的改进

通过研究SPIHT和EBCOT(JPEG2000核心算法)编码算法,分析它们所用的小波系数的不同性质,本文提出了把SPIHT算法用到的小波系数父子关系特性也用在EBCOT编码中的思想,并提出一种上下文关系的改进方法。在JPEG2000框架下对改进算法进行了仿真实验。理论分析和实验结果显示,改进的上下文关系优于JPEG2000中采用的上下文关系。

多位平面循环的优化截取内嵌码块编码VLSI结构

目的EBCOT(embedded block coding with optimized truncation)优化截取内嵌码块编码的结果对JPEG2000的压缩质量产生直接影响,且EBCOT编码在整个JPEG2000压缩过程中占据较长时间。此外,由于该算法的复杂性较高,在硬件实现时需要考虑其对硬件资源的使用率。对此,提出了一种高效的EBCOT编码VLSI(very large scale integration circuit)结构。方法首先,EBCOT编码分为两部分:Tier1编码与Tier2编码。针对影响编码速度的Tier1编码部分,设计了一种全新的编码窗口结构,即多位平面循环编码(multi-bitplanes cyclic encoding,MBCE),其通过预测的方式对连续的位平面进行编码;针对Tier2编码部分中的通道失真误差计算,设计了与Tier1编码并行的流水线计算结构。结果采用Verilog语言对该VLSI结构进行描述,将FPGA(field programmable gate array)作为实验验证平台,从多个角度与现有的EBCOT优化VLSI结构进行比较。从编码效率上来看,MBCE结构在实现全通道并行的基础上,编码效率有明显的提升、所占用的硬件资源较少、工作频率较高。在同一压缩条件下,使用MBCE结构与以JPEG2000为标准的图像压缩软件对同一幅512×512像素的8位灰度图像进行压缩对比,峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)的误差不超过0.05 dB,在xc4vlx25型号FPGA上其工作频率可以达到193.1 MHz,每秒能够处理370帧图像。结论本文提出的全通道MBCE的EBCOT编码VLSI结构,具有资源占用率低、编码周期短、压缩质量好的特点。

一种有效的JPEG2000压缩率控制算法

JPEG2000是一种新型的图像编码标准,它具有优于JPEG标准的率-失真性能.但JPEG2000标准的压缩后率失真(PCRD)优化算法效率较低,尤其在低比特率时JPEG2000编码的熵编码部分(EBCOTTier-1)将有很大一部分计算浪费,因为许多经过编码的比特流在经过JPEG2000压缩码率控制算法后被截断丢弃.提出一种有效的压缩码率控制算法,它利用率-失真斜率的两个属性得到优化的截断点,不需要所有的编码过程,并给出了整个处理过程.与JPEG2000原有的PCRD算法相比,所提出算法可以快速搜索到优化截断点并可减少存储空间尺寸,还可获得与PCRD算法几乎相同的图像质量.

JPEG2000 DWT变换器和EBCOT编码器的VLSI结构设计

为了进行符合新一代静止图像压缩标准 JPEG2 0 0 0的图像编码 IP核设计 ,提出了基于 JPEG2 0 0 0标准的离散小波变换器 (DWT)和优化截断的嵌入式分块编码器 (E-BCOT)的 VL SI结构。DWT采用的空间组合推举体制算法(SCL A)将基于 9/ 7滤波器的标准推举 (lifting)算法体制快速的运算量降低了 5 / 12。EBCOT采用的并行运算和动态内存控制 (DMC)结构 ,在保证编码速度的前提下 ,最大限度减小了片内小波系数缓存量和访问频率。这 2项设计均可以作为单独的 IP核应用在其他需要高速图像处理的领域 ,如远程监控、数码相机等。

JPEC2000率失真斜率计算的浮点操作及其VLSI结构研究

在采用 JPEG2000算法的图像压缩芯片结构研究中,我们发现编码(EBCOT)部分的计算结构是相当复杂的。其中率失真计算结构是否合理,直接关系到编码算法的效率。本文着重阐述了完成率失真浮点计算所必需的硬件结构;提出了新型的专用于率失真计算的除法算法及其结构;在保证计算精度和速度的前提下,最大限度地降低了计算结构的复杂度。本论文提出的计算结构已通过 RTL 级源代码和综合布线后门级仿真,并经过 Xilinx FPGA 测试线路板上运行验证。为确保 JEPG2000图像编码芯片的最终成功流片解决了一个关键问题。

面向遥感影像的JPEG2000优化压缩算法

在常规的JPEG2000压缩框架下,提出一种面向遥感影像的JPEG2000优化压缩算法,对遥感图像整体处理传输耗时进行分段处理,在EBCOT编码中合并编码通道扫描过程及编码过程,实现对遥感图像编/解码过程用时的优化,在小波变换后清除高频子带小波系数中非重要的背景信息,并缩减相对重要信息的处理过程,从而缩短了与压缩比和图像大小密切相关的传输时间。实验结果表明,该算法在几乎不影响遥感图像质量的情况下可以显著提高遥感图像整体压缩、传输和重构的效率,缩短其处理耗时。