ebcot中t2编码器的vlsi设计

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1、西安电子科技大学 硕士学位论文 EBCOT中T2编码器的VLSI设计 姓名：王伊洛 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：李云松 20090101 摘要 J P E G 2 0 0 0 图像压缩标准，相对于其他压缩算法而畜具有更好的压缩效率，同 时支持信噪毙渐进、感兴趣区域编码等功麓。因此，广泛应用于互联网、彩色拷 贝、打印、扫描、医学图像及移动图像通信等领域。 J P E G 2 0 0 0 改变了传统J P E G 标准以D C T 变换为核心的变换方法，采用了具有 能量特性更为集中的小波变换方法以及率失真优化截取的内嵌码块编码算法 E B C O T 。E B C O T

2、算法包括譬l 和程两部分，其中T 量完成比特平面编码和算术编 码，他完成优化截取和码流组织，T 2 虽然不涉及很复杂的算法，但是硬件编码效 率不高，很高的内部存储需求和复杂度，都是制约J P E G 2 0 0 0 硬件实现的主要问题。 本文详细研究了E B C O T 算法中T 2 部分，根据硬件的特点，设计了一种易于 硬件实现的码流组织结构，并用V e r i l o gH D L 语言实现，同时在I S E9 1 环境下完 成了逻辑可综合的码流组织系统。实现的码流组织系统，在时钟为3 0 M H z 时，支 持输入为1 0 2 4 x 1 0 2 4 x 1 6 b i t 图像的4 层

3、编码输出，并在戳l i n xV I R T E X - 4F P G A 平 台上经过验证，输出结果与软件编码结果相比较是正确的。该系统最终被应用于 基于胍G 2 0 0 0 的高效压缩芯片系统中。 关键调：J 班G 2 0 0 0E B C 饼码漉组织F P G A A b s t r a c t J P E G 2 0 0 0 ，an e w l yp r o p o s e di m a g ec o m p r e s s i o ns t a n d a r d ，h a sab e t t e r c o m p r e s s i o np e r f o r m a n c

4、ec o m p a r e dw i 凌J P E Ga n do t h e rc o m p r e s s i o nm e t h o d s 。a n d s u p p o r t sm o r ef u n c t i o n s T h e r e f o r e ，i ti sa p p l i c a b l ei n w i d er a n g e sl i k ei n t e r n e t a p p l i c a t i o n s ，c o l o r f u lc o p y ，p r i n t ，S C a n ，m e d i c a li m a

5、 g e ，i m a g et r a n s m i s s i o na n dS Oo n J P E G 2 0 0 0c h a n g e st h eD C Tt r a n s f o r mm e t h o dw h i c ht h et r a d i t i o n a lJ P E G s t a n d a r dt a k e sa st h ec o r e a p p r o a c h a n da d o p t e dw a v e l e tt r a n s f o r mw i mm o r e c o n c e n t r a t e de

6、 n e r g yi n s t e a d ，a n dE m b e d d e dB l o c kC o d i n ga l g o r i t h mw i t hO p t i m i z e d T r u n c a t i o n ( E B C O T ) T h eE B C O Ta l g o r i t h mc o n s i s t so fT 1a n dT 2 T 1i si nc h a r g eo f t h eb i t p l a n ec o d i n ga n dM Qa r i t h m e t i cc o d i n g ，a n

7、 dT 2i si nc h a r g eo ft h eP o s t C o m p r e s s i o nR a t eD i s t o r t i o n ( P C R D ) a n dc o d e s t r e a mo r d e r i n g A l t h o u g hn oc o m p l e x a l g o r i t h mi si n v o l v e di nT 2p a r t ，t h ec o d i n ge f f i c i e n c ya n dh i g hi n t e r n a ls t o r a g ea l e

8、t h e b o t t l e n e c k so fh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o no fJ P E G 2 0 0 0 A f t e rIs t u d yt h ec o d e s t r e a mo r d e r i n gi nT 2 e n c o d i n go f t h eE B C O T a l g o r i t h m , a n f e a s i b l ea r c h i t e c t u r ei sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e di nv

9、 e r i l o gH D L l a n g u a g e ，a n df i n a l l y ac o d es t r e a mo r d e r i n gs y s t e mi so b t a i n e du n d e rt h eI S E9 1e n v i r o n m e n t T h i ss y s t e m s u p p o r t s1 0 2 4 x 1 0 2 4 x 1 6 b i ti m a g ei n p u tw i 斑4l a y e r se n c o d eo u t p 瓯w h i c hi sv e r i f

10、 i e d o nt h ex i l i n xv i r t e x - 4b o a r d ，a n dt h er e s u l ti sp r o v e dt ob er i g h ta c c o r d i n gt ot h er e s u l t o fs o f t w a r e K e y w o r d ：J P E G 2 0 0 0 E B C O TC o d e S t r e a mO r d e r i n gF P G A 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和

11、致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志所做的任何 贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：型翌造日期：垒皇堑2 目生旦 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论

12、文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。( 保密的 论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期：旦室垒! 目! 生旦 E l J l t l ：1 3 红! 蛩! ! 璺 第一章绪论 第一章绪论 l 。1 引言 随着新型传感技术的发展【2 0 】，遥感影像的时间、空间和光谱分辨率不断提高， 掰型航天遥感器( 成像光谱仪和合成孔径雷达等) 及未来的地球资源探测平台所获 取的数据量越来越大。高分辨率星载遥感数据的原始数据率达到数G b i t s 。遥感数 据量日益庞大，使得有限的信道带宽和数据存储容量与传输大量遥感数据之间的 矛盾日益突

13、出。 蓦前，国内外的一些卫星不同程度的采用了图像压缩技术。法圈S P O T l 至 S P O T 4 均采用全色图像1 3 3 D P C M 数据噩缩技术；P h o b o s 计划中采用固定长度编 码的D C T 算法，实现了压缩比为4 、8 、1 2 倍的离线软件压缩；C l e m e n t i n e 月球探 测器采用D C T 压缩编码器，在4 M p i x e l s 的速率下压缩比的范围达到4 2 0 ；S P O T 5 翌星采用了基于D C T 的J P E G 算法，压缩比为2 8 1 ；I K O N O S 2 采用A D P C M 压缩， 厩缩比4 2

14、3 。但针对后继星3 S 2 开展的数据压缩方法的研究表明算法很难满足压 缩比大于4 的要求。J P E G 2 0 0 0 由于其复杂性，目前在卫星上要达到2 0 M p i x e l s s 速率的压缩还磁较困难。 新一代图像压缩算法J P E G 2 0 0 0 己被指定为下一代图像压缩标准。和目前广泛 使用的J P E G 压缩标准相比，算法采用了更加先进的算法，使其在性能和功能上都 有明显改进。如高压缩率下像质的提升、同时支持无损压缩( L o s s y ) 簿l 有损压缩 ( L o s s l e s s ) 、随机码流访问( R a n d o mA c c e s st

15、ot h eB i t s t r e a m ) 、渐进传输( P r o g r e s s i v e T r a n s m i s s i o n ) 、感兴趣区域厩缩( R e g i o no fi n t e r e s t ) 、动态影像支持( M o t i o nJ P E G 2 0 0 0 ) 等。研究J P E G 2 0 0 0 算法的实现，尤其是硬件实现，对实时图像处理系统很有必要。 E B C O T 体隽J P E G 2 0 0 0 标准的编码算法，其运行效率决定羞整个系统酶性能。 E B C O T 包括T l 和T 2 两部分，配部分的码流组织模块，在

16、支持多层编码的时候， 需要有合理的存储结构和任务分配，才能在硬件实现时，节省内部存储并达到编 码效率最优，因此，从硬件焦度考虑、研究码流组织部分的结构，具有重要意义。 1 2 图像压缩编码方法发展概况 匿像压缩编码技术属于数据压缩的一拳申H 8 1 ，就是在保证图像质量的前提下， 用尽可能少的比特数来表示数字图像中所包含信息的技术，它属于“信源编码”范 畴。图像信息之所以能够压缩，在于原始图像中存在着大量的信息冗余，如时问 E B C O TT 2 编码器的V L S I 设计 冗余、空问冗余、信息熵冗余、谱间冗余、几何结构冗余、视觉冗余和知识冗余 等等。 根据不同的分类标准可以将图像编码分为不同的种类，如根据图像的光学特 征，可分为灰度( 二值、多值) 、彩色和多光谱图像的压缩。根据图像信源的运动方 式，可分为静止匦像和活动图像压缩两大类本文主要研究前者) 。从信息、保持的 角度看，又可分为无损编码和有损编码两大类，前者要求原始图像可以从压缩数 据中准确无失真地恢复，而后者允许重构图像与原始图像之间存在一定的差别。