JPEG2000中DWT的研究与实现

论文摘要

随着计算机多媒体技术的不断发展,图像压缩技术不仅需要具有更高的压缩性能,也需要更多的新功能诸如渐进传输、感兴趣区域编码以及码流可截断化等以适应不同应用领域的要求。为了满足这种需求,新一代静止图像压缩标准JPEG2000应运而生。由于JPEG2000算法计算复杂度高、内存需求量大,在具体实现时对硬件平台的要求很高,这也使得通用的嵌入式处理器无法胜任,但采用具有特殊软硬件结构的数字信号处理器DSP和并行度很高的FPGA器件来实现却能满足要求。本文便是围绕JPEG2000编码算法中的离散小波变换及其实现方式进行研究的。首先,本文介绍了JPEG2000的优越性能、当今主流的JPEG2000编解码实现方式及其国内外发展现状,接着对小波变换理论以及JPEG2000编码算法的各主要模块进行了深入的研究。其次,根据JPEG2000算法的特点选用ADI公司的ADSP TS201S作为实现JPEG2000编码的硬件平台,并采用TS201的汇编语言对其编码器进行编程实现。本文充分利用TS201的硬件结构特点,运用了一种与PC上实现不同的编码算法流程结构,着重对其中的关键模块——小波变换在数据传输、程序并行以及DSP内部存储器配置三个方面进行了优化和改进,本文选用了三幅标准测试图像对压缩算法进行了测试,实验证明在保证压缩率和图像质量的前提下,本文针对DSP硬件特性所进行的优化工作提高了编码速度。最后,考虑到FPGA实现JPEG2000可以使编码实现过程具有更高的并行性,从而可能达到理想的实时目标,本文还对基于FPGA的小波变换实现方法进行了研究,结合基于流水线技术的一维小波算法和基于行的二维小波算法,给出了一种能极大的减少系统的内存需求,并能提高编码效率的小波变换实现方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 JPEG2000 编解码实现方式及国内外研究现状
• 1.2.1 JPEG2000 编解码的实现方式
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的工作及章节安排
• 第二章 小波变换和JPEG2000 编码算法
• 2.1 小波变换
• 2.1.1 Mallat算法的小波卷积模式
• 2.1.2 小波提升算法及其在JPEG2000 中的应用
• 2.1.3 小波变换在图像压缩编码中的优点
• 2.2 JPEG2000 图像压缩标准及其特点
• 2.2.1 JPEG2000 编码的数据处理流程
• 2.2.2 JPEG2000 编码系统的基本框架
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于DSP的小波优化实现
• 3.1 JPEG2000 编码器实现的硬件平台
• 3.1.1 核心处理器 ADSP TS201S
• 3.1.2 TS201 开发板
• 3.2 JPEG2000 编码结构流程
• 3.2.1 基于PC的传统的编码流程
• 3.2.2 基于DSP的编码流程结构
• 3.3 基于 TS201 的小波优化实现
• 3.3.1 小波提升实现过程
• 3.3.2 数据传输优化
• 3.3.3 程序并行优化实现
• 3.3.4 内部存储器优化配置
• 3.3.5 小波优化结果分析
• 3.4 压缩结果与性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于FPGA的小波算法研究
• 4.1 高效实现JPEG2000 编码系统的关键问题
• 4.2 基于FPGA的小波实现算法
• 4.2.1 一维小波变换
• 4.2.2 二维小波变换
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果