静止图像压缩结构设计与VLSI实现研究.pdf

结构设计与迪盅芯静止图像压缩博士学位论文西安电子科技大学二零一零年九月中国西安作者姓名:郭杰指导教师:吴成柯教授学科专业:信息与通信工程
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一——————————————————————————————————————————————————————一一一独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明所呈交的论文是我个人在导师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致谢中所罗列的内容外,论文不包含其他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对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了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。C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑本人签名:谢意。日期导师签名:一
摘要压缩编码技术对图像处理中大量数据的存储和传输起着至关重要的作用。静止图像压缩标准采用离散小波变换优化截取的内嵌码块编码算法,获得了码流组织的灵活性、质量渐进性以及码率控制的精确性等一系列良好特性,使得更加适合于网络及无线信道中的图像编码与传输。标准在编码效率和恢复图像质量上均远优于等传统算法,已经在静止图像压缩领域占据主导地位,但是算法的复杂度较大为增加。因此,的实现具有重要意义。本文针对图像编码器的算法和关键技术作了深入分析,并致力于中离散小波变换实现结构的研究,提出了具有创新性的降低计算量、存储量,提高压缩性能的硬件实现结构,并成功应用于图像编码硬件系统和高效图像压缩芯片中。本文主要的工作成果包括以下四个方面:岢隽艘恢指呔ǘ/嵘〔ㄊ迪址桨福⑻岢隽硕杂Ω梅桨傅挠布现结构。对于基于提升的小波变换,在分析定点数据动态范围和提升滤波器增益的基础上,确定最佳精度滤波器系数和数据扩展位数,保证小波系数在动态范围限定和乘法宽度相同的条件下获得更高的精度。实验结果表明,所提出的高精度定点实现方案可以获得与浮点运算相近的压缩性能,对应的硬件实现方案具有占用资源少、工作频率高的特点。岢鲆恢只诳芍赜迷怂愕ピ5母咝嵘〔ń峁埂@/嵘怂愕现有结构,并对运算顺序进行优化,同时采用流水线设计思想,在不增加硬件开销的情况下缩短了关键路径延迟,提高了系统的处理能力。该结构实现复杂度适中,易于配置和硬件实现。仅需要改动乘法器系数和流水线级数,就可以方便实现包括小波在内的其他提升变换。在系统实现时采用基于行的实时提升小波变换实现结构,同时处理行变换和列变换,并且在图像边界采用对称扩展输出边界数据,可以在一幅图像逐行扫描的时间内完成整幅图像的小波变换,提高了硬件系统的实时性。该结构合理利用和调度内部缓冲器,不需要外部缓冲器,大大降低了硬件系统对存储器的需求。岢隽艘恢只诼肟榈牡痛娲⒉呗约笆迪纸峁埂Mü曰谔嵘睦肷⑿波变换和内嵌码块编码的结构分析,结合小波系数存储器的特点,使用与码块大小相同的较小片内存储代替大容量片外存储并对其高效复用,保证变换和编码的实时处理;针对实时性要求不高的环境,提出一种基于码块一子带存储区域的系珼西安电子科技大学博士学位论文
数存储方案,进一步削减了片内小波系数存储器的规模。在硬件实现中采用基于行的小波变换和比特平面并行的编码结构,与已有结构相比降低了功耗和存储器规模。斡肷杓撇⑹迪至朔螶曜嫉母咝枷裱顾跣酒溲顾踔柿优于目前广泛商用的同类型芯片/8眯酒捎闷舷低臣芄梗呒分完成的主要处理功能:砥魍瓿尚酒牟问渲眉捌渌┱功能。该芯片除了具有入口数据速率高、支持大图像分片及渐进质量分层等优点,还实现了感兴趣区域编码、支持信道编码和小波系数可单独抽取等特色功能。关键词:图像编码离散小波变换硬件实现现场可编羊罅谐蠊婺<成电路静止图像压缩结构设计与实现研究西安电子科技大学博士学位论文
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