小波图像/视频压缩算法及其VLSI实现体系研究

论文摘要

本论文围绕小波图像/视频压缩算法的VLSI实现体系问题,从三个方面开展了研究。 1) 在基于提升的小波变换和嵌入式小波编码的专用硬件加速体系方面 (1) 提出了采用比例因子移除结合量化补偿的方法对LS 9/7小波的提升系数进行整形化处理。此方法在图像质量、电路面积和延时等方面综合表现较优。提出了采用对角形的片上块存储器组织方式,并采用流水线技术设计了四路数据并行的一维小波变换数据通路结构,在此基础上提出采用行—列模式实现二维小波变换的体系。此体系可支持JPEG2000 5/3和9/7两种小波,获得了较高的数据吞吐能力,并且可以节省熵编码所需的码块存储器。提升系数的整形化方法和存储器组织方法对于其它小波变换的专用硬件加速实现具有参考价值。 (2) 分析了典型的嵌入式编码算法,如EZW、SPIHT和EBCOT,认为EBCOT相对易于实现硬件加速,且具有较好的压缩性能。提出了三码通和一列四个样本双并行的位平面编码加速体系。研究了不同的码通编码时算术编码并行的规律性,并利用这种并行规律与流水线技术设计了算术编码器加速体系。实现了算术编码模块与位平面加速模块计算均衡。所提出的EBCOT专用硬件加速体系与其它体系相比,降低了50%以上编码时间。 2) 在基于提升的小波变换和嵌入式小波编码的专用指令加速体系方面 (1) 利用基于提升算法的小波变换的规则性,从专用指令加速的角度研究基于提升算法的小波变换加速,并设计了满足4路并行的提升加法指令和体系。所设计的专用指令可以适用于多种小波变换。 (2) 提出了四条可变长解码专用加速指令和加速指令数据通路体系,总结了码字分组和可变长解码加速指令结合的编程方法。采用提出的专用指令和编程方法,能显著提升可变长解码的速度,而且编程灵活,满足诸如MPEG2、MPEG4和H.264等标准的可变长解码算法的应用。 3) 结合码率、失真度与计算复杂度关系的算法研究方面 (1) 提出了简化的失真估计方法,面向三码通并行的斜率调整方法

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 小波图像/视频编码标准现状
• 1.2.1 JPEG2000和数字影院标准
• 1.2.2 MPEG4的静态纹理编码
• 1.2.3 H.264的可伸缩编码
• 1.3 本文研究的内容及主要创新点
• 第二章 基于提升算法的小波变换及专用硬件体系
• 2.1 提升算法
• 2.2 小波提升系数整形化方法
• 2.2.1 小波系数标量量化
• 2.2.2 量化补偿的整形化方法
• 2.3 基于对角存储的小波变换VLSI实现体系
• 2.3.1 提升小波变换已有VLSI实现体系
• 2.3.2 存储器组织与地址生成方法
• 2.3.3 小波变换体系设计
• 2.3.4 性能分析与比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式小波编码算法及专用硬件体系
• 3.1 嵌入式小波编码算法
• 3.1.1 EZW
• 3.1.2 SPIHT
• 3.1.3 EBCOT
• 3.1.4 三种嵌入式小波编码比较
• 3.2 嵌入式小波编码EBCOT的VLSI实现体系
• 3.2.1 位平面编码加速VLSI实现体系
• 3.2.1.1 已有的位平面编码专用硬件加速方案
• 3.2.1.2 码通和样本双并行加速位平面编码
• 3.2.1.3 所提出的样本并行位平面编码体系结构
• 3.2.2 MQ编码加速VLSI实现体系
• 3.2.2.1 MQ编码算法分析
• 3.2.2.2 已有算术编码器专用硬件实现的加速方案
• 3.2.2.3 基于概率统计的MQ编码器加速
• 3.2.2.4 MQ编码器VLSI体系
• 3.2.3 性能分析与比较
• 3.3 本章小结
• 第四章 小波变换及可变长解码的加速指令体系
• 4.1 加速指令的生成方法
• 4.2 小波变换专用加速指令体系设计
• 4.2.1 提升加法指令设计
• 4.2.2 性能测试
• 4.3 可变长解码专用加速指令体系设计
• 4.3.1 霍夫曼编码
• 4.3.2 变长解码专用指令加速
• 4.3.3 基于码字分组和专用指令的变长解码加速方法
• 4.3.4 性能测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 面向VLSI实现的EBCOT实时码率控制算法
• 5.1 引言
• 5.2 后压缩码率失真优化码率控制算法
• 5.3 面向码通并行的实时码率控制算法
• 5.3.1 码率-失真简化模型
• 5.3.2 码率-失真斜率过滤
• 5.3.3 基于二查表的实时码率-失真斜率门闸生成
• 5.3.4 性能分析与比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 方块效应及去块滤波算法
• 6.1 引言
• 6.2 小波压缩图像量化失真的形式
• 6.3 基于极大值提升小波的去块滤波算法
• 6.3.1 极大值提升小波
• 6.3.2 去块滤波算法
• 6.3.3 性能分析与比较
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 未来可研究的方向
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表/录用的学术论文
• 致谢