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          基于Q-Coder算術(shù)編碼器的IP核設(shè)計與仿真

          作者: 時間:2012-09-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1 概述

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/170822.htm

            JPEG2000[1,2]是新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),它具有的多種特性使得它有著廣泛的應(yīng)用前景。目前為止,JPEG2000的解決方案比較少,并且其中的絕大部分是軟件解決方案:Jasper[3]軟件是經(jīng)IEC JTC1/SC29/WG1小組推薦使用的實現(xiàn)JPEG2000的為數(shù)不多的軟件之一。

            由于軟件實現(xiàn)JPEG2000的時間開銷比較大,因此,JPEG2000編碼系統(tǒng)很難應(yīng)用于實際系統(tǒng)中;硬件解決方案由于處理速度大大提高,因而用硬件實現(xiàn)JPEG2000具有廣泛的市場前景。但是,JPEG2000算法復(fù)雜,完全用硬件實現(xiàn)比較困難;然而使用硬件實現(xiàn)JPEG2000中的某些模塊,相對而言就比較容易實現(xiàn),同時也能大大提高編碼效率。

            圖1為JPEG2000的幾個基本模塊。文獻[4]指出,軟件處理中,圖1中的編碼模塊的時間開銷占據(jù)了整個軟件時間開銷的40%左右,若使用硬件實現(xiàn)編碼模塊必然能大大提高編碼速度,對于提高JPEG2000的編碼速度有著重要的意義。

            

          JPEG2000

            2 原理

            Q-coder算術(shù)編碼是一種特殊的高效自適應(yīng)二進制算術(shù)。其輸入是成對待編碼數(shù)據(jù)D(DATA)以及上下文CX(CONTEXT),數(shù)據(jù)D和上下文CX是由比特平臺(bit plane)[1]產(chǎn)生的;輸出則是壓縮數(shù)據(jù)CD(COMPRESSED DATA)。在JPEG2000中,上下文指D周圍8個相鄰比特的狀態(tài),這些狀態(tài)被特定的規(guī)則劃分為19類,稱為19種上下文。每種上下文都包含兩部分內(nèi)容,一部分選擇了對數(shù)據(jù)D編碼時使用的概率估計值對應(yīng)的索引,另一部分決定了當(dāng)前大概率符號所代表的符號,這兩部分內(nèi)容將在編碼后被更新。

            2.1 區(qū)間的遞歸劃分

            概率區(qū)間的遞歸劃分是二進制算術(shù)編碼的基礎(chǔ)。每執(zhí)行一次二元判定,當(dāng)前概率區(qū)間就被劃分成為兩個子區(qū)間,并在必要的時候修改輸出碼流,使之指向該符號所在的概率子區(qū)間的下界。

            在區(qū)間劃分時,小概率符號的子區(qū)間和大概率符號的子區(qū)間這樣排序:通常取靠近0的區(qū)間作為MPS的子區(qū)間,因此,若編碼的是MPS,則應(yīng)向輸出碼流中加入LPS子區(qū)間的長度。這種約定要求把編碼的符號區(qū)別為LPS或MPS,而不是0或者1。因此在對一次二元判定編碼時,必須知道該判定的LPS子區(qū)間的長度和MPS的含義。

            2.2 編碼約定和近似計算

            Q-coder算術(shù)設(shè)置兩個寄存器:一個是概率區(qū)間寬度寄存器A,用于存放子區(qū)間的寬度,另一個是碼字寄存器C,用來表示概率區(qū)間的下限。編碼過程使用固定精度的整數(shù)運算和小數(shù)的整型表示形式,即X‘8000’代表十進制小數(shù)0.75。概率區(qū)間A的范圍是,并且當(dāng)A的整型值小于X‘8000’時,把A翻倍,即把A限制在十進制范圍0.75–1.5之間,這個“翻倍”過程稱為重整化。當(dāng)A進行重整化時,C也必須同時翻倍。為了防止寄存器C發(fā)生上溢,每隔一段時間,應(yīng)將寄存器C的高位部分移出并送至另外的寄存器中。

            將A限制在十進制范圍0.75~1.5之間,概率區(qū)間的劃分可以使用簡單的算術(shù)近似方法。如果LPS當(dāng)前的概率估計值是,則子區(qū)間的精確計算如下進行:

            

          子區(qū)間的精確計算
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