论文摘要
在数字图像压缩领域,JPEG是最普及的一种压缩标准。但随着高质量数字图像的应用日趋广泛,JPEG已无法满足人们的需求。为此,联合图像专家组(JPEG)制定了新一代静止图像压缩标准——JPEG2000。相比JPEG标准,JPEG2000提供了更好的压缩性能及更丰富的功能,必将成为今后的数字图像压缩领域的主流。然而,由于JPEG2000标准运算量大,控制复杂,使其在嵌入式领域应用较少,一定程度上限制了其商业应用。随着FPGA器件的高速发展,可编程片上系统(SOPC)的概念应运而生。SOPC将处理器、存储器、I/O等系统设计需要的功能模块集成到一片FPGA上,设计者可根据需要用VLSI实现运算量大的模块,用软件实现控制复杂的模块,从而真正实现了软硬件结合,大大提升了系统的灵活性,降低了开发难度。因此,SOPC技术成为了在嵌入式系统中实现JPEG2000编码器的上佳选择。本文首先研究了JPEG2000的工作原理及编码流程,仔细分析了预处理、小波变换、熵编码及码流组织等关键技术的特点。而后提出了一种二维离散小波变换器的VLSI结构。该结构采用流水线技术及行式结构,充分利用了FPGA的并行运算能力,大大缩短了变换时间,减小了存储器的需求。在20MHz的时钟频率下,该结构对一幅512×512×8bit的灰度图像进行4层小波分解只需13.2ms,而内存的需求量仅为20KB,中档FPGA片内存储器即可满足要求。接下来,本文提出了一种基于SOPC技术的JPEG2000编码方案,利用软硬件结合的方式完整实现了JPEG2000编码流程,并在Altera公司的Stratix II系列FPGA上进行了验证。验证结果表明,经本设计产生的压缩码流可用JPE2000标准测试软件解码,完全符合JPEG2000标准。