基于FPGA的自适应算术编码研究与实现

【摘要】： 随着移动通信和Internet技术的飞速发展,多媒体通信已经成为当前的一个研究热点。 静止图象压缩是多媒体通信系统的重要组成部分。目前最普及的静止图象压缩标准有JPEG,JPEG 2000等。传统的JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求,需要一种功能更强大、效率更卓越的静止图像压缩标准来代替它,这就是JPEG 2000。作为熵编码,JPEG2000采用了基于上下文的自适应二进制算术编码技术,通过以编码块(Code Block)为编码单位等技术获得了较高的容错性。 与其它的熵编码方法相比,算术编码能够取得更好的压缩效果,但它算法复杂,运算量相对增加。同时,在JPEG 2000中基于子带、码块和比特平面的编码都可以并行实现。因此,MQ编码器的效率就成了JPEG 2000硬件高速实现需要解决的关键问题。另外,JPEG2000标准中的MQ编码流程是串行的,而硬件实现的最大优势在于其并行性,可以大大提高执行效率。 因此本文对JPEG 2000标准中位平面编码和基于上下文的自适应二进制算术编码技术作了详细的分析和研究之后,对自适应算术编码算法优化使其更适合于硬件实现。 为了提高MQ编码器的编码效率并降低硬件规模,基于改进的算术编码算法设计了串行结构的高速MQ编码器,其编码效率得到了明显的提高。为了得到更高速率的MQ编码器,采用流水线结构设计了并行的MQ编码器。仿真结果表明MQ编码器的编码吞吐量明显提高,达到了硬件规模和编码效率的平衡。