A HIGH-PERFORMANCE VLSI ARCHITECTURE OF EBCOT BLOCK CODING IN JPEG2000

The paper presents a new architecture composed of bit plane-parallel coder for Embedded Block Coding with Optimized Truncation (EBCOT) entropy encoder used in JPEG2000. In the architecture, the coding information of each bit plane can be obtained simultaneously and processed parallel. Compared with other architectures, it has advantages of high parallelism, and no waste clock cycles for a single point. The experimental results show that it reduces the processing time about 86% than that of bit plane sequential scheme. A Field Programmable Gate Array (FPGA) prototype chip is designed and simulation results show that it can process 512×512 gray-scaled images with more than 30 frames per second at 52MHz.

基于1+2维小波变换的多光谱图像压缩

提出利用 1+2维小波变换技术对多光谱遥感图像进行近无损压缩 使用嵌入式块截断算法压缩谱内图像 ;谱间变换使用短滤波器进行 1维小波变换 ,去除多光谱图像的谱间冗余 实验证明 ,加入谱间的 1维变换比不加入变换 ,而仅仅对每个波段图像进行压缩的压缩比提高 2 0 % 整个算法是嵌入式的 ,复杂度适中 编码的比特流具有渐进式特性 。

高性能的EBCOT编码及其VLSI结构

提出了比特平面与编码过程全并行处理的EBCOT(embeddedblockcodingwithoptimizedtruncation)编码结构.通过分析JPEG2000和国内外提出的EBCOT编码结构,指出不仅每一个比特平面,而且对应的编码过程的编码信息可以同时获得,从而给出了比特平面与编码过程全并行处理的块编码方法,并且详细说明了实现的VLSI结构.理论分析以及具体实验结果表明,比特平面与编码过程全并行处理所需的时钟周期最少,FPGA原型系统最高时钟频率可达65MHz,对于512512的灰度图像,处理速度可达30fps,完全可以实时处理,图像质量达到了公布的JPEG2000标准.

一种基于EBCOT的感兴趣区图像编码算法

优化截断嵌入式编码(Embedded block coding with optimized truncation,EBCOT)是JPEG2000的核心,EBCOT所采用的基于码块的率失真优化方式为实现图像感兴趣区(Region of interest,ROI)编码提供了良好的基础.本文分析了其中具有代表性的隐式ROI编码算法,并提出了一种改进方法.通过构造加权函数,合理地为ROI码块分配权重,在保证ROI信息被优先编码的同时,降低ROI码块中背景区域小波系数的影响,提高了重建图像ROI的质量.实验结果表明,算法在低码率下重建图像ROI质量提高明显,在高码率下也能够很好兼顾重建图像背景区域的质量.

高性能EBCOT编码加速算法及其实现结构

提出了具有零系数检测并行处理的EBCOT编码算法及硬件实现结构.通过分析JPEG2000中小波变换系数的精度分布,指出在变换系数中存在3种不同的零系数模式——零列、零条带和零码块,并且在EBCOT编码结构中,可以同时获得每一个位平面及对应编码过程的编码信息,所以位平面与编码过程可以全并行处理.基于以上分析,给出了高速处理EBCOT软件算法和VLSI结构.理论分析和软硬件实验结果表明,具有零系数检测机制的位平面与编码过程全并行处理所需的时钟周期最少,综合最高时钟频率可达79.466MHz,对于1 024×1 024的灰度图像处理速度可达79帧/秒.

基于重要性权值的自适应率控制算法

针对优化截取内嵌块编码提出一种基于重要性权值的自适应率控制算法.对所有编码过程根据其所在的比特平面和编码类型赋予不同的重要性权值,由高到低依次进行T1编码.T2编码器由已编码比特率自适应地反馈控制编码深度,完成优化截取.实验结果表明:本方法有效地减少了计算量和存储量,易于硬件实现.

一种用于JPEG2000的高效位平面编码电路

研究了JPEG2000编码芯片的核心模块——位平面编码电路.通过分析EBCOT编码原理、现有算法及硬件实现中存在的问题,提出了一种基于双上文窗口并行的EBCOT系数位建模方法的新型位平面编码电路架构,可以实时生成编码时所需的状态信息,在提高整体编码速度的同时节省存储资源.仿真结果表明,对于一个512×512的YUV图像,采用码块大小为64×64的方式编码,1个时钟周期可以处理4个样本,并且减少约16kbit的存储器需求.

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.

基于内存优化的小波零块嵌入图像编码算法

小波嵌入零块编码算法(Set Partitioned Embedded bloCK,SPECK)是一种高效的具有渐进传输特性的图像编码算法,但其在编解码过程中的巨大内存占用致使编解码速度慢且不利于硬件实现.本文提出了一种基于内存优化的小波零块嵌入图像编码算法,采用标志状态图和块深度优先搜索策略完成嵌入编码中的排序和细化过程.两张标志状态图分别标识编解码过程中的重要系数和不重要集合,同时结合块深度优先搜索策略检索块结构中的不重要集合,代替排序和细化过程中的重要系数链表和不重要集合链表,较大地节省了内存占用.实验结果表明,与SPECK算法相比,在保持相当信噪比的情况下,内存占用仅为原来的1/12,与另一种低内存零树编码算法LZC(Listless Zerotree Cod-ing)相比,在内存略有增加的情况下,信噪比至少提高1.1dB,为硬件实现小波零块编码算法探讨了一条有效途径.

基于JPEG2000的优化编码算法

通过深入研究JPEG2000的核心算法优化截取嵌入块编码,发现分块编码每个位平面上三个通道所需编码的像素不均衡。根据这个编码特性,在结合小波系数特点的基础上,对分块编码提出高频子带最高位和次高位平面联合编码以及0和1位平面两通道编码合并的优化算法。这种基于编码通道合并的优化算法,一方面可以减少编码扫描次数,提高编码速度;另一方面,合理的联合位平面编码算法设计减少了对次高位平面上不重要像素的重要性编码,使无损压缩性能的提高成为可能。

基于听觉通路的盲人无损视觉补偿系统

针对盲人群体的视觉补偿问题,提出了一种基于听觉通路的盲人无损视觉补偿系统.该系统采集周围的环境信息,先利用带优化截断的嵌入式方块编码(embedded block coding with optimized truncation,EBCOT)方法对环境信息编码,再利用小波变换对感兴趣区域(region of interest,ROI)编码.编码后的环境信息经传输、解码,得到重建的图像数据.按照极坐标扫描重建的图像数据,将图像中像素点的坐标信息和灰度值映射成声音信号的时间、频率及幅度,按正弦波模型合成声音信号.结果表明,采用EBCOT,图像编码速度快,能获得较多的信息量,提高传输速率;用极坐标方式扫描图像数据映射成的声音信号有较好的可辨别性.

基于回归分析的嵌入式块编码预测截断算法

针对JPEG2000中基于率失真优化后压缩处理的嵌入式块编码算法所存在的运行复杂、浪费大量编码时间等问题,提出了一种有效提高编码效率的方法,即基于回归分析的嵌入式块编码预测截断算法。该算法根据多元线性回归分析得到的回归方程来预测截断点,避免了对将被截断的位平面进行扫描编码,并舍弃了复杂耗时的率失真计算与搜索,有效地加快了嵌入式块编码算法的运行速度。实验结果表明,算法获得了可观的编码速度提升收益。

基于最速下降法的JPEG2000快速率控制方法

研究实现了基于最速下降法(SD)的JPEG2000率控制方法。该方法的主要特点是:通过多次迭代依次选择失真率比值最大的编码遍作为最终的压缩码流;并针对最速下降法排序时间复杂度大的缺点,引入了最大堆排序结构,大大提高了在每次迭代更新过程中的排序和查找效率。该方法在率控制的过程中进行备选编码遍的编码过程,既消除了JPEG2000编码的冗余性,又减少了率分配的时间。实验结果表明,该方法显著减少了编码和率控制的时间复杂度,提高了压缩编码效率。

基于WBCT的地震数据感兴趣区域编码算法

提出一种基于小波域Contourlet变换(WBCT)最优截断嵌入码块(EBCOT)的地震数据压缩算法.首先利用WBCT获得地震数据的稀疏表示,根据码块熵最小化原则优化WBCT方向分解,降低码块复杂度,提高编码效率;然后针对不同地质信息对小波各子带的带通特性不同,改进JPEG2000算法感兴趣区域掩模处理方式,对不同的小波子带设置不同权值,进行掩模处理;最后通过EBCOT编码生成压缩码流.实验结果表明,重构的地震数据不仅峰值信噪比(PSNR)得到提高,而且地震数据同向轴局部纹理失真明显减小.

基于最佳截断嵌入码块编码和离散小波变换的医学图像复合压缩算法

根据医学图像信息相对集中的特点,提出了一种基于最佳截断嵌入码块编码和离散小波变换的医学图像任意形状感兴趣区域复合压缩方法,通过对图像感兴趣区域和背景区采用不同的编码方式,提高了医学图像压缩比,并确保了医学图像感兴趣区域的高质量重建。实验表明:该方法在重建图像质量和压缩比方面均达到了较好的性能。

JPEG2000中EBCOT算法的优化

JPEG2000是国际标准化组织(ISO)指定的新一代静止图像压缩标准,具有优良的压缩性能和很高的灵活性。在JPEG2000编码系统中优化截断的嵌入式分块编码(EBCOT)的第一层编码花费了大部分时间。为了提高编码的效率,在分析EBCOT算法的基础上提出了一种优化方案。实验结果表明,该方案提高了编码速度,增强了编码的实时性。

基于统计模型预测截断的码率控制算法

针对JPEG2000存在大量计算冗余影响星载遥感图像压缩速度的问题,提出基于统计模型预测截断的遥感图像码率控制算法。建立统计模型预测最优率失真斜率阈值,并将其作为层一编码门限值,根据生成码流长度自适应调整该值,获得近似的最优斜率阈值,层二在该值基础上搜索最优率失真斜率阈值和最优截断点以实现码率控制。实验结果表明,目标码率为0.5bpp时,在保证重构图像质量的前提下,减少了编码时间,相比JasPer减少了40%。

嵌入式系统中针对代码长度的编译优化

随着嵌入式系统复杂性的提高 ,嵌入式系统软件代码的压缩变得非常重要。目前已经有几种代码压缩方法 ,它们将程序编译后的目标代码中多次出现的代码加以合并 ,有效地缩短了程序代码的长度。其中 ,尤以纯软件方法应用最为方便 ,但该方法不适用于数据堆栈和子程序调用堆栈合一的嵌入式系统。本文将这种纯软件方法推广到单一堆栈的体系结构 ,有效地解决了堆栈结构改变对公用块代码语义的影响问题。

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。

结合二进制烟花算法的单位图块截断编码

图像压缩应用领域中,在保证压缩比不变的前提下,为生成有效的公共位图,并降低单位图块截断编码压缩彩色图像时的失真风险,本文提出了一种结合二进制烟花算法的单位图块截断编码方法.该方法首先将彩色图像分成不重叠的子图像块,使用权重平面法生成每个子图像块的初始位图;然后,通过局部优化和全局优化两种不同的策略确定每个子图像块初始位图需要优化的位置,将这些位置的值作为烟花算法初始值;在此基础上将烟花算法改为二进制形式并进行优化,生成每个子图像块的公共位图与6个量化值;最后,根据公共位图与6个量化值恢复每个子图像块,根据恢复的子图像块重构压缩图像.通过在测试图像上进行实验验证,并与3种参考方法从压缩图片的细节视觉效果、压缩图片与原图间的均方误差、结构相似性指数3个角度进行对比,结果表明,本文所提方法生成的公共位图有效,且全局优化策略压缩图像效果优于局部优化策略,其中全局优化策略生成的压缩图像与原图间的均方误差均值在分块大小为4×4和8×8时分别为56.9397与106.3174,低于3种对比方法,结构相似性指数均值分别为0.9682与0.9431,高于3种对比方法,通过分析对比表明,所提方法生成的压缩图像与原图间的相似度更高,在保持压缩比的同时有效提升了压缩图像的精度.