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JPEG2000中MQ编码模块的研究与FPGA实现

刘彬  
【摘要】: JPEG2000成为最新的静态影像标准后逐渐地占领了互联网、手机通信、数码相机等领域的图像处理应用市场。JPEG2000采用基于上下文的自适应二进制算术编码技术,算术编码的具体实现形式是MQ编码器。 本文研究了算术编码的基本原理,分析了JPEG2000中算术编码算法中自适应概率估计,大小概率编码,重归一化及结束等几个关键流程,并分别对这些流程作了研究,使其便于硬件发挥并行计算的特点。论文采用状态机控制及Verilog语言描述实现了串行的算术编码,在ISE9.1上编译综合,用Modelsim软件对代码进行了仿真,将编码仿真结果与JPEG2000开源C代码运行结果及其他文献中结果进行对比,验证了本文串行算术编码功能上的正确性;并对串行的算术编码方式进行改进,提出了一种动态流水控制的并行算术编码算法,用Modelsim软件对代码进行了仿真,编码结果与串行编码结果一致,实验结果表明编码效率和速度得到了大幅提高。最后,对算术编码进行FPGA验证,用EDK软件创建了针对算术编码的FPGA测试平台。在赛灵思(Xilinx)平台工作室(XPS)上定制了GPIO(通用输入/输出)模块以及UART模块,将算术编码硬件代码与MicroBlaze软核捆绑成平台,对整个平台进行一些参数设置后下板测试与验证,通过GPIO模块发送测试数据以及接收编码模块产生在FIFO中的输出压缩比特流,通过UART模块发送数据到终端显示。 本文与以往MQ编码实现方式比较有二个方面的独到之处:第一,用IP核灵活实现部分模块功能,简化了程序的编写,且使用方便;第二,构建了处理器软核,将EDK设计作为ISE设计的子系统,二者构成FPGA测试平台,并首次应用于MQ编码的测试,从而证明这种验证方式的可行性。


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