基于JPEG2000的高速MQ算术编码器的研究与实现

提出了一种基于流水线技术的高速MQ算术编码器的VLSI实现架构。文中采用表扩展及乒乓buffer输出,同时对标准编码流程进行了优化及调整,以适合VLSI高速实现。结构采用流水线技术,将整体架构分为三个流水级,极大的提高了处理速度。经Xilinx公司的FPGA验证,本结构的处理速度可达到1bit/cycle(47.292Mbit/sec)。     

JPEG2000标准中MQ编码器的VLSI结构设计

MQ编码器是JPEG 2000标准中重要的无损压缩算法,可获得很高的压缩效率.但因其算法复杂度高,执行速度慢,使其应用受到很大限制.为了获得高速处理能力,设计一种高速MQ编码器的VLSI结构,采用三级流水线结构,对算法进行优化,并改进概率估计表内容.设计使用Verilog进行编程,最后通过Modelsim 6.1进行仿真.实验结果表明,该设计极大地提高了编码速度.这里的研究对于JPEG 2000在实际中的应用有着重要的意义.     

多上下文MQ编码器优化与VLSI实现

 MQ(Multiple Quantization)编码器由于效率低下已经成为JPEG2000的性能瓶颈.本文对MQ编码算法中的上下文关系进行了提取,对索引表中的启动态和非暂态进行了分离,并提出一种用于预测索引值的方法.同时,对重归一化运算中出现的大概率事件和小概率事件进行分离,使其可并行对2个上下文完成编码.依据该算法,本文提出了一种多上下文并行处理的MQ编码器VLSI结构.实验结果表明,本文提出的MQ编码器能够工作在286.80MHz,吞吐量为573.60 Msymbols/sec,相比Dyer提出的Brute Force with Modified Byteout结构,本文的吞吐量提升约35%,且面积减小78%.     

JPEG2000中高速Tier1编码器的VLSI设计

提出并实现了一种用于JPEG2000编码芯片中高速Tier1编码器的并行流水结构。该编码器采用了双位平面并行编码、通道扫描的流水控制、状态变量实时产生电路以及列内并行上下文生成等技术,实现了一种0状态存储器的多并行流水位平面编码器;并行同步流水的多记号输入算术编码器以及不定算术编码周期下的多输入同步读取电路,使算术编码速度平均为1.3上下文编码记号对/时钟;对算术编码产生的压缩码流存储呈高效的宏流水线结构。该编码器在100MHz工作时钟下,最高编码速度为85M小波系数/s。用SMIC0.25μm工艺库综合时,门电路为6.3万门,片上存储器为26kb(码块大小32×32),关键路径为5.2ns。     

JPEG2000中算术编码器的FPGA实现

研究了 JPEG2 0 0 0标准中算术编码器的硬件实现问题 ,提出了一种适合 VLSI实现的结构 ,并在 FPGA上对其进行了仿真验证。该设计使用 Verilog语言在 RTL级描述 ;并以 AlteraFLEX1 0 K1 0 0 - 3为基础 ,在 Maxplus II下完成综合及后仿真。综合得到的器件面积利用率 1 6 % ,最高工作时钟 3 1 .4MHz。分析表明 ,这种结构能够满足 JPEG2 0 0 0系统对 5 1 2× 5 1 2的灰度图像数据进行实时处理的要求     

JPEG2000算术编码器的改进算法与实现

作为新一代静止图像压缩标准的JPEG2000标准拥有压缩比高,支持多分辨率等优点。JPEG2000的编码方式采用了嵌入式码块编码(EBCOT)方式,在编码过程中采用了MQ算术编码。文中分析了它对内容单一、信息量少图像编解码的不足,针对这些不足提出了一种对MQ算术编码器流程的改进算法。这种算法提高了JPEG2000对简单图像压缩的PSNR值,使解码后的图像更加清晰。     

MQ编码算法优化及高速VLSI结构设计与实现

传统的JPEG2000MQ编码器串行编码效率低下,同时现有的多上下文并行编码的MQ编码器占用资源过大.本文对MQ编码算法中的运算流程,索引值和概率估计值的求解函数,条件交换和重归一化算法等四个方面进行了优化,减弱了上下文之间的依赖性,简化了条件交换和重归一化算法的复杂度.依据该算法,本文提出了一种高速的MQ编码器VLSI结构,实验结果表明,本文提出的MQ编码器VLSI结构能够工作在532.91MHz,吞吐率为532.91 Msymbols/sec,相比Dyer提出的Brute force with modified结构,工作频率提高1倍,吞吐量提高近27%,且面积仅为其四分之一.     

一种基于流水线的MQ编码器FPGA设计

提出了一种应用于JPEG2000标准的4级流水线MQ编码器设计方案.采用状态超前更新,前导0位超前检测和字节输出缓冲策略,解决了在上下文(CX)状态表更新、归一化及字节输出过程中的反馈和循环等问题,提高了编码效率.同时,对关键路径处算法进行优化,提高了系统工作的时钟频率.该设计使用VHDL语言在RTL级描述,并在FPGA上对其进行了仿真验证.实验表明,在Altera的StratixⅡ EP2S601020C4上,编码器的工作效率可以达到1CxD/cycle,最高工作时钟频率可达99.66 MHz.     

基于JPEG2000的二进制算术编码的FPGA实现方案

本文提出了一种实用的MQ算术编码器的FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)硬件实现方案,并对MQ算术编码器的原理进行了分析,并介绍了基于JPEG2000标准所采用的三级流水结构的具体实施过程.     

JPEG2000中算术编码的VLSI结构设计

算术编码算法对于无损数据压缩是一种非常有效的方法,它已经被JPEG2000标准所采用.通过研究JPEG2000标准中的算术编码算法,设计了一种算术编码器的VLSI结构.该设计用Verilog语言进行了RTL级描述,然后用Modelsira对电路进行了仿真,经Quartus综合以后在FPGA上进行了验证.实验表明,在Ahera的芯片EP2C35F672C8上,该设计最高工作时钟可达63.37 MHz,可以作为IP核应用于JPEG2000图像编码芯片中.     

JPEG2000并行阵列式小波滤波器的VLSI结构设计

提出一种基于提升算法实现JPEG2000编码系统中的二维离散小波变换(Discrete Wavelet Transform)的并行阵列式的VLSI结构设计方法.利用该方法所得结构由两个行处理器,一个列处理器以及少量行缓存组成;行列处理器内部是由并行阵列式的处理单元组成;能使行和列滤波器同时进行滤波,用优化的移位加操作替代乘法操作.整个结构采用流水线的设计方法处理,在保证同样的精度下,大大减少了运算量和提高了硬件资源利用率,几乎达到100％,加快了变换速度,也减少了电路的规模.该结构对于N×N大小的图像,处理速度达到O(N²/2)个时钟周期.二维离散小波滤波器结构已经过FPGA验证,并可作为单独的IP核应用于正在开发的JPEG2000图像编解码芯片中.     

应用于JPEG2000的5/3提升小波的VLSI结构设计

提出一种基于提升算法（lifting scheme）实现JPEG2000编码系统中的二维离散小波变换（Discrete Wavelet Transform）的并行阵列式的VLSI结构设计方法.该结构由一个行处理器和一个列处理器组成,行、列处理器通过时分复用同时进行滤波,用优化的移位加操作替代乘法操作,采用嵌入式数据延拓算法处理边界延拓.整个结构采用流水线设计方法,减少了运算量,提高了硬件资源利用率,该结构可应用于JPEG2000图像编码芯片中.     

Novel JPEG 2000 Compliant DWT and IWT VLSI Implementations

This paper proposes two JPEG 2000 compliant architectures: one for DWT (Discrete Wavelet Transform) and one for IWT (Integer Wavelet Transform) implementation. First of all some theoretical issues about DWT and IWT are discussed, then, starting from transforms characteristics, the architectures are presented showing both performance and cost. In the literature many DWT architectures have been proposed; our implementation is a new architecture that computes the DWT using filters of interest for the forthcoming JPEG 2000 standard. Moreover, we propose a Lifting Scheme based architecture for IWT, JPEG 2000 compliant too. The proposed architectures are able to support real-time streams: the DWT one, which is made of 20,000 cells, with an input throughput of 160 Msamples per second and a clock frequency of 160 MHz, the IWT one, consisting of 50,000 cells, with an input throughput of 4.5 Msamples per second and an internal clock frequency of 108 MHz.     

一种适合JPEG2000的离散小波变换VLSI统一结构

提出了一种基于提升算法(1ifting)的离散小波变换(DWT)统一结构。它无需额外的边界延拓过程，经配置后可适用于JPEG2000中的无损或有损小波变换。通过将边界延拓过程内嵌于离散小波变换中，可以降低功耗，减少所需内存。为了达到更高的处理速度和硬件利用率，采用了流水线和折叠结构。这种高效紧凑的离散小波变换结构适用于JPEG2000编码器和各种实时图像／视频应用系统．     

JPEG2000中位平面编码的VLSI结构设计

位平面编码用于对量化的离散小波变换的码块数据进行编码.通过对位平面编码算法的分析和C语言验证,给出了位平面编码的四种基本编码操作和三个编码通道具体的VLSI结构实现.对位平面编码器的VLSI结构进行了仿真和综合,在图像验证系统上用逻辑分析仪实际测量的结果与仿真结果一致.该位平面编码器可在50 MHz的主频下,完成32×32码块数据的编码.所设计的位平面编码器已经作为单独的IP核应用于目前正在开发的JPEG2000图像编码芯片中.     

VLSI design of memory-efficient, high-speed baseline MQ coder for JPEG 2000

The embedded block coding with optimized truncation (EBCOT) algorithm is the heart of the JPEG 2000 image compression system. The MQ coder used in this algorithm restricts throughput of the EBCOT because there is very high correlation among all procedures to be performed in it. To overcome this obstacle, a high throughput MQ coder architecture is presented in this paper. To accomplish this, we have studied the number of rotations performed and the rate of byte emission in an image. This study reveals that in an image, on an average 75.03% and 22.72% of time one and two shifts occur, respectively. Similarly, about 5.5% of time two bytes are emitted concurrently. Based on these facts, a new MQ coder architecture is proposed which is capable of consuming one symbol per clock cycle. The throughput of this coder is improved by operating the renormalization and byte out stages concurrently. To reduce the hardware cost, synchronous shifters are used instead of hard shifters. The proposed architecture is implemented on Stratix FPGA and is capable of operating at 145.9 MHz. Memory requirement of the proposed architecture is reduced by a minimum of 66% compared to those of the other existing architectures. Relative figure of merit is computed to compare the overall efficiency of all architectures which show that the proposed architecture provides good balance between the throughput and hardware cost.