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嵌入式块解码器研究与硬件设计

嵌入式块解码器研究与硬件设计

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作者：陈方强中南民族大学

学位级别：硕士

嵌入式优化截断块编码(Embedded Block Coder with Optimized Truncation,简记为EBCOT)算法是由David Taubman提出的一种图像压缩编码技术。EBCOT编码算法采用了独特的两层编码结构,并引入了多通道位平面编码以及分层组织比特流的技术,... 详细信息

嵌入式优化截断块编码(Embedded Block Coder with Optimized Truncation,简记为EBCOT)算法是由David Taubman提出的一种图像压缩编码技术。EBCOT编码算法采用了独特的两层编码结构,并引入了多通道位平面编码以及分层组织比特流的技术,这样不仅具有更好的压缩性能,而且使得生成的码流具有分辨率可伸缩、质量可伸缩、随机访问和处理等优秀的特性。EBCOT算法被最新的静止图像压缩标准JPEG2000采纳为其编解码引擎。在JPEG2000的诸多应用中,如数码相机、高清电视、卫星遥感图像处理,考虑到速度、面积和功耗的需求,研究高性能EBCOT编解码器的硬件实现具有十分重要的意义。论文的主要工作包括:首先对静态图像压缩标准JPEG2000及其主要架构进行了简要的介绍。然后详细介绍了JPEG2000中的EBCOT算法以及整体架构,并对位平面解码BPD算法进行了重点介绍。在此基础上,针对硬件高速实现,对其进行了优化。采用了基于选择性采样跳过策略和推测处理方式的位平面解码架构,这样就可以大大减小关键路径的延迟。相对于现有方法的基本BPD架构,改进的算法可以将吞吐量提高50%-100%,同时只增加25%-30%的硬件消耗。在介绍mq算术解码算法的基础上,详细分析了架构中解码的工作流程及各个流水级模块的设计。进行相应算法优化的基础上,提出了基于4级流水线的高性能mq解码器结构。在Quartus II开发环境下对设计进行RTL级描述,用Modelsim进行了相应的功能仿真;针对Altera系列FPGA Cyclone II EP2C35F484C8进行综合,并完成时序仿真。实验结果表明:该设计的最高工作频率可达37.64MHz,占资源为557个LE。在利用有限资源的情况下可以大幅度提高mq算术解码器的速度,基本能满足JPEG2000系统的要求。

关键词：嵌入式优化截断块编码位平面解码 mq算术解码现场可编程门阵列

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