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JPEG2000静止图像压缩关键技术研究及VLSI实现

刘雷波  
【摘要】:压缩编码技术对图像处理中大量数据的存储和传输至关重要。传统静止图像压缩技术,如著名的JPEG标准,在众多新型应用背景下已不能满足对压缩图像质量进一步提高的要求。最新静止图像压缩标准JPEG2000采用离散小波变换(DWT)和优化截断嵌入式块编码(EBCOT),在编码效率和复原图像质量上均远优于JPEG等传统算法,今后必将在静止图像压缩领域占据主导地位。因此,JPEG2000的VLSI实现具有重要意义。本文深入研究了JPEG2000标准中DWT和EBCOT的硬件实现技术,成功研制了小波变换芯片THSCLA和JPEG2000编码芯片THJ2K。 THSCLA是“空间组合推举体制算法”(SCLA)在世界上的首次VLSI实现。SCLA将JPEG2000推荐的标准推举体制算法的乘法运算量分别减少了42% (9/7滤波)和50%(5/3滤波)。THSCLA以16个加法器和5个乘法器的微小代价,完成了9/7有损滤波器的5层 Mallat小波分解。该芯片选用韩国DONGBU 0.25um、1P4M、CMOS工艺,逻辑规模为2.5万等效门,SRAM存储器规模为101Kbits,管芯面积为4.9mmx4.8mm,最高工作频率为110MHz,功耗为1.4mW/MHz。在50MHz正常工作频率下,THSCLA每秒可完成25帧分辨率为1280x1024x24bits的YUV422真彩色图像的小波变换,综合指标在同类设计中已达先进水平。 THJ2K是世界上第一块集成了SCLA小波变换IP核的JPEG2000编码器。它采用512x512大图像片分片结构,降低了边缘噪声;采用动态内存控制技术,最大限度减少了小波系数存储;通过率失真门限预测并行截断码流,在片内实现了对码率的精确控制。该芯片选用上海SMIC 0.18um、1P6M、CMOS工艺,逻辑规模为35万等效门,SRAM存储器规模为1Mbits,管芯面积为9.9mmx4.9mm, DWT最高频率为90MHz,EBCOT为140MHz,功耗为6.75mW/MHz。该芯片在正常工作频率下(DWT 40MHz、EBCOT 120MHz),每秒可完成12帧分辨率为1280x1024x24bits的YUV422真彩色图像的JPEG2000压缩。


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