基于ADV202的JPEG2000圖像壓縮與解壓縮系統(tǒng)
引言
新的靜止圖像壓縮ISO/ITU-T標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000提供了比以前的JPEG標(biāo)準(zhǔn)更好的編碼效能。ADI公司在前期推出小波變換圖像壓縮芯片ADV611的基礎(chǔ)上,率先推出了實(shí)現(xiàn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)第一部分的專用芯片ADV202。本文給出了一種基于ADV202的JPEG2000圖像壓縮與解壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)
JPEG2000是JPEG2000工作組制定的靜止圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)號為ISO/IEC 15444 ITU-T T.800。JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)和其他標(biāo)準(zhǔn)一樣,由多個(gè)部分組成。其中,第一部分為編碼的核心部分,是公開并可免費(fèi)使用的。它對于連續(xù)色調(diào)、二值的,灰度或彩色靜止圖像的編碼定義了一組無損和有損的方法。其他部分則是輔助和擴(kuò)展部分。ADV202支持除ROI以外的第一部分的所有特征。
JPEG2000采用了許多新的壓縮編碼技術(shù)。首先,變換方法采用離散小波變換（DWT）。其次,通過使用帶中央“死區(qū)”的均勻量化器實(shí)現(xiàn)嵌入式量化。第三,對每一個(gè)比特層采用基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼。第四,采用了經(jīng)過優(yōu)化的分割嵌入式塊編碼（EBCOT）,由此得到最佳的嵌入式碼流,改進(jìn)的抗誤碼能力。JPEG2000編解碼器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 JPEG2000編解碼器結(jié)構(gòu)（a）編碼器(b)解碼器
JPEG2000專用芯片-ADV202
ADV202是ADI公司新推出的一款單片實(shí)現(xiàn)JPEG2000編解碼的ASIC。圖2給出了ADV202結(jié)構(gòu)圖。ADV202集成了一個(gè)基于獲得專利的空間高效遞歸濾波小波技術(shù)（簡稱SURFTM小波技術(shù)）的小波核。這個(gè)處理器支持達(dá)到6層分解的9/7和5/3小波變換。ADV202可編程的分塊/圖像尺寸,在三分量4：2：2交織模式下,寬度可達(dá)到2048個(gè)像素。在單分量的模式下,寬度可達(dá)到4096個(gè)像素。最大分塊/圖像高度為4096個(gè)像素。ADV202還集成了一個(gè)嵌入式32位RISC處理器。這個(gè)處理器用來配置,控制和管理ADV202內(nèi)部的專用硬件,并且分析/產(chǎn)生符合用戶設(shè)置的JPEG2000碼流。由于熵編碼在JPEG2000壓縮/解壓縮過程中是計(jì)算復(fù)雜度最高的操作,所以在ADV202中提供了三個(gè)專用的硬件熵編碼器。ADV202的視頻接口支持CCIR656 ,SMPTE125M PAL/ NTSC,SMPTE293M [525p],TU.R-BT1358[625p]或者任何最大輸入速率在非可逆模式下為65 MSPS,在可逆模式下為40 MSPS的視頻格式。ADV202的內(nèi)部DMA引擎為內(nèi)部存儲器之間、內(nèi)部存儲器和各個(gè)功能模塊之間提供高速傳輸數(shù)據(jù)能力。
ADV202有兩種工作模式,一種是編碼模式,另一種是解碼模式。在編碼模式下,視頻數(shù)據(jù)通過VDATA總線輸入ADV202,由小波核對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換,并把所有頻率子帶的小波系數(shù)存入ADV202內(nèi)部的存儲器。每一個(gè)子帶根據(jù)ADV202編碼參數(shù)的設(shè)置進(jìn)一步分成編碼子塊,然后由熵編碼器對編碼子塊執(zhí)行內(nèi)容建模和算術(shù)編碼,運(yùn)算的結(jié)果存入內(nèi)部存儲器。隨后由內(nèi)部DMA傳輸?shù)紺ODE FIFO,通過HDATA總線把壓縮數(shù)據(jù)流輸出ADV202。在解碼模式下,工作過程是編碼模式的逆過程。
