基于Blackfin561的JPEG2000 壓縮算法實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化

O 引言
JPEG2000數(shù)字圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)和國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)聯(lián)合制定的新一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。與以往的壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)具有很多優(yōu)點(diǎn)。它不僅僅在圖像編碼過(guò)程中能保證良好的圖像質(zhì)量，而且還具有現(xiàn)代圖像壓縮所要求的新性能，如同時(shí)支持有損壓縮和無(wú)損壓縮兩種模式、保證在圖像傳輸過(guò)程中的容錯(cuò)性、支持感興趣區(qū)域編碼等。但是，由于新技術(shù)的引入，JPEG2000的算法復(fù)雜度也相應(yīng)提高，在實(shí)際應(yīng)用中，JPEG2000并不如想象中的那么應(yīng)用廣泛。而DSP由于其豐富靈活的指令集、特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、超強(qiáng)的數(shù)據(jù)吞吐能力及運(yùn)算速度，使得以DSP處理器為核心的方法成為實(shí)現(xiàn)JPEG2000算法的一種有效途徑。

1 JPEG2000系統(tǒng)的組成原理
JPEG2000相對(duì)于JPEG的最大改進(jìn)就是以離散小波變換(DWT)代替了DCT編碼。JPEG2000的編解碼流程如圖1所示。本系統(tǒng)首先對(duì)源圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行離散小波變換，然后對(duì)變換后的小波系數(shù)進(jìn)行量化，接著對(duì)量化后的數(shù)據(jù)熵編碼，最后形成輸出碼流。解碼器是編碼器的逆過(guò)程，解碼時(shí)，首先對(duì)碼流進(jìn)行熵解碼，然后解量化和小波反變換，最后生成重建圖像數(shù)據(jù)。

通過(guò)預(yù)處理可為不同類(lèi)型的圖像提供一個(gè)統(tǒng)一的接口，以便于后續(xù)使用同樣的編碼器進(jìn)行處理，這一步驟是將多種類(lèi)型的圖像壓縮加入到統(tǒng)一框架中的關(guān)鍵。它主要包括三個(gè)步驟：圖像分片、直流平移和分量變換。
小波的多分辨率分析特性使之既可高效地描述圖像的平坦區(qū)域，又可有效地表示圖像信號(hào)的局部突變(即圖像的邊緣輪廓部分)，它在空域和頻域都有良好的局部性，因而能夠聚焦到圖像的任意細(xì)節(jié)。
優(yōu)化截?cái)嗲度雺K編碼(The Embedded BlockCoding with Optimized Truncation，簡(jiǎn)稱EBCOT)是JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的核心，它不僅能對(duì)圖像進(jìn)行有效壓縮，同時(shí)，其產(chǎn)生的碼流還具有分辨率可伸縮性、信噪比可伸縮性、隨機(jī)訪問(wèn)和處理等非常好的特性。EBCOT分Tierl和Tier2兩部分，EBCOT可將子帶分成互不重疊的編碼塊，每個(gè)編碼塊的比特層編碼稱為T(mén)ierl；然后對(duì)所有編碼塊的編碼流進(jìn)行優(yōu)化截?cái)嗯判蚝痛虬忍幚?，以使其成為T(mén)ier2。

2 Blackfin56l處理器
Blackfin處理器是一類(lèi)專為滿足當(dāng)今嵌入式音頻、視頻和通信應(yīng)用的計(jì)算要求和功耗約束條件而設(shè)計(jì)的新型32位DSP。Blackfin處理器主要基于ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。Blackfin561是Blackfin處理器系列中的新型對(duì)稱雙核處理器成員，可在相同的頻率條件下實(shí)現(xiàn)性能的翻番。該器件具有以下特點(diǎn)：
(1)高性能的處理器內(nèi)核
Blackfin處理器架構(gòu)基于一個(gè)10級(jí)RISCMCU／DSP流水線和一個(gè)專為實(shí)現(xiàn)最佳代碼密度而設(shè)計(jì)的混合16／32位指令集架構(gòu)。Blackfin561具有兩個(gè)內(nèi)核頻率可達(dá)600MHz的處理器，可提供高效RISC MCU控制任務(wù)執(zhí)行能力。
(2)高帶寬DMA能力
Blackfin561具有多個(gè)獨(dú)立的DMA控制器，這些控制器可支持自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，而且所需的處理器內(nèi)核開(kāi)銷(xiāo)極少。DMA傳輸可出現(xiàn)于內(nèi)部存儲(chǔ)器和諸多具有DMA功能的外設(shè)之間。傳輸也有可能出現(xiàn)于外設(shè)和與外部存儲(chǔ)器接口相連的外部器件之間，包括SDRAM控制器和異步存儲(chǔ)器控制器。
(3)專用視頻指令
除了具有對(duì)8位數(shù)據(jù)以及許多像素處理算法所常用的字長(zhǎng)的固有支持之外，Blackfin處理器架構(gòu)還包括專為增強(qiáng)視頻處理應(yīng)用而定義的指令。
(4)高效控制處理