本文選題：無線圖像傳輸 + JPEG20000芯片��； 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：作為最新的國際靜態(tài)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn),JPEG2000具有優(yōu)異的低碼率編碼性能,支持感興趣區(qū)域編碼、漸進(jìn)傳輸?shù)忍匦?極適用于圖像的無線傳輸。然而,JPEG2000極高的系統(tǒng)復(fù)雜度亦限制了其優(yōu)異性能的發(fā)揮和廣泛應(yīng)用。無線圖像傳輸具有圖像尺寸大和編碼碼率低的特點(diǎn),本課題以此為切入點(diǎn),研究了面向無線應(yīng)用的JPEG2000芯片關(guān)鍵技術(shù),通過相關(guān)算法的提出和高速電路的設(shè)計(jì),顯著提升了JPEG2000在低碼率編碼大尺寸圖像時(shí)的性能。首先,提出了基于數(shù)據(jù)重排的多輸入多輸出5/3和9/7離散小波變換(DWT)電路設(shè)計(jì)。二維9/7 DWT電路以行方式四路并行地讀入圖像數(shù)據(jù),并基于數(shù)據(jù)重排思想高效實(shí)現(xiàn)了多個(gè)行、列變換核的數(shù)據(jù)匹配和并行運(yùn)算,使得電路運(yùn)算時(shí)間僅略大于數(shù)據(jù)讀入時(shí)間。數(shù)據(jù)重排模塊邏輯簡明,使得此電路極易擴(kuò)展,而基于翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的行、列變換核,使得電路具有比提升結(jié)構(gòu)更短的關(guān)鍵路徑和更低的失真。與已有優(yōu)秀結(jié)構(gòu)在工作頻率、計(jì)算周期數(shù)和資源消耗等方面的比較,證明了此電路的優(yōu)越性能�；�9/7 DWT架構(gòu),設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)重排的二維5/3 DWT電路,亦獲得極高的工作頻率和較少的資源消耗。其次,針對JPEG2000感興趣區(qū)域(ROI)編碼,提出了優(yōu)化背景預(yù)截?cái)嗨惴?OBPTM)及其電路設(shè)計(jì)。OBPTM引入基準(zhǔn)參數(shù)和子帶修正參數(shù)來精確控制背景小波系數(shù)的精度,保證了ROI的高編碼質(zhì)量。給出了兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算方法,其中子帶修正參數(shù)從人眼視覺特性的角度確定,提升了重建圖像的整體視覺效果。OBPTM在系統(tǒng)計(jì)算量、協(xié)議兼容性、應(yīng)用便捷性等方面亦表現(xiàn)優(yōu)異；為填補(bǔ)ROI編碼硬件實(shí)現(xiàn)的空白,提出了針對矩形ROI編碼的OBPTM電路結(jié)構(gòu),可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、碼率和ROI面積自適應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)參數(shù)的值。電路具有極高的工作頻率,且可無縫嵌入已有JPEG2000硬件系統(tǒng)。再次,提出了基于OBPTM的優(yōu)化截?cái)嗲度胧綁K編碼(EBCOT)算法并設(shè)計(jì)了其并行編碼架構(gòu)。分析了OBPTM處理后各子帶系數(shù)的分布特點(diǎn),指出背景碼塊的零區(qū)位平面僅包含確定性信息,并從背景系數(shù)失真角度確定了需編碼的零區(qū)位平面?zhèn)�數(shù)。進(jìn)而,EBCOT Tier-1電路通過跳過剩余零區(qū)位平面的編碼而顯著減少了背景碼塊的編碼時(shí)間；基于OBPTM優(yōu)化的壓縮后率失真優(yōu)化截?cái)?PCRD)電路,一方面通過跳過背景碼塊部分截?cái)帱c(diǎn)的率失真斜率計(jì)算過程,縮短了可行截?cái)帱c(diǎn)的尋找時(shí)間,另一方面通過二級搜索方法縮短了率失真斜率閾值的搜索時(shí)間。最后,基于流水線設(shè)計(jì)了EBCOT電路架構(gòu),實(shí)現(xiàn)PCRD和多個(gè)EBCOT Tier-1模塊的并行計(jì)算,使得PCRD電路中計(jì)算量最大的率失真斜率計(jì)算模塊不再占用JPEG2000電路編碼時(shí)間。從次,采用空域?yàn)V波方法來抑制JPEG2000多瓦片編碼引發(fā)的邊塊效應(yīng)。編碼端引入了前置濾波器來保留瓦片邊界的原有細(xì)節(jié)信息,解碼端則采用后置濾波器來減弱小波變換邊界延拓引入的高頻成分。摒棄了以一維序列作為分析對象的傳統(tǒng)做法,建立了更接近實(shí)際的二維矩陣輸入模型。之后,通過以矩陣方式表示前置濾波、小波變換、量化和后置濾波等算法,以及建立精確的量化失真模型,推導(dǎo)出了輸入圖像和重建圖像均方誤差的統(tǒng)計(jì)關(guān)系�；诖说玫搅诉吔绾头沁吔缦禂�(shù)失真隨前置濾波器參數(shù)值的變化曲線,通過提出新的算法性能衡量標(biāo)準(zhǔn),最終確定了前置和后置濾波器的最佳參數(shù)值。最后,設(shè)計(jì)了高性能的JPEG2000電路架構(gòu),引入子帶系數(shù)緩存模塊實(shí)現(xiàn)DWT、OBPTM和EBCOT的高效靈活連接。FPGA測試結(jié)果表明,JPEG2000硬件電路可穩(wěn)定運(yùn)行于150MHz,編碼大小為256×256的瓦片僅約1.37ms。基于此電路設(shè)計(jì)了圖像編碼傳輸片上系統(tǒng),進(jìn)一步驗(yàn)證了編碼電路和空域?yàn)V波方法的性能。OBPTM和空域?yàn)V波方法的應(yīng)用,顯著提高了圖像的低碼率編碼質(zhì)量,而DWT、OBPTM、基于OBPTM優(yōu)化的EBCOT硬件設(shè)計(jì)以及高性能的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì),保證了JPEG2000電路的高編碼速度。本課題所設(shè)計(jì)的JPEG2000電路可較好地滿足當(dāng)前無線圖像傳輸?shù)囊蟆?br/>[Abstract]:This paper presents a new 2D 5 / 3 DWT circuit based on data rearrangement and the design of high speed circuit .
In order to fill the blank of the hardware implementation of ROI coding , the OBM circuit structure for rectangular ROI coding is proposed , which can adaptively adjust the value of the reference parameter according to the applied environment , code rate and ROI area . The circuit has extremely high operating frequency and can be seamlessly embedded in the existing JPEG 2000 hardware system .
In this paper , a new method is proposed to reduce the coding time of JPEG 2000 . Based on this method , a new method is proposed to reduce the coding time .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.81;TN402

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