基于JPEG2000的彩色图像实时压缩系统研究

论文摘要

彩色CCD或CMOS图像包含的信息量大，内容更加丰富，对军事、航空航天、天文等领域的作用更是不言而喻，但是海量的数据传输负担成了空间彩色相机广泛应用的瓶颈，因而研究高效的图像压缩系统成为必然。本文针对彩色CCD／CMOS采集到的Bayer图像的特点，提出先滤波，再压缩，最后插值恢复成全彩色图像的处理方法，避免了数据冗余，减轻了信道传输的压力。JPEG2000是一种新的图像压缩标准，具有高压缩率、低失真度和灵活高效的特点。本文重点研究基于JPEG2000的彩色图像实时压缩技术。针对绝大部分彩色图像传感器中应用最为广泛的是Bayer CFA，本文提出了基于Bayer图像的滤波和复原算法，在准无损压缩的条件下信噪比可以达到50dB，为后续小波变换和编码提供了有利条件。在深入研究提升小波算法的基础上，根据提升小波的框架结构，提出了基于JEPG2000的二维提升小波变换核的FPGA设计。采用分时复用和流水结构，充分利用FPGA片内存储资源，实现了行列变换的并行执行。整个模块采用VHDL语言进行设计，并在QuartusⅡ下进行了编译和仿真，与Matlab下仿真得到的结果相同，验证了设计结构的可行性。搭建了整个压缩系统的硬件平台，完成了小波变换的硬件实现，并通过了系统验证。实验证明，该系统工作稳定，使用Altera FPGA EP2S60对128×128×8bit的图像进行处理，系统时钟可以达到20M以上，具有实时处理的能力，基本满足了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• §1.1 研究背景和意义
• §1.2 国内外研究现状
• §1.3 本文主要工作与组织流程
• 第二章 BAYER图像处理算法的研究
• §2.1 BAYER图像的原理与特点
• §2.2 BAYER图像的滤波和复原算法
• §2.2.1 直接法
• §2.2.2 子图分裂法
• §2.3 BAYER图像算法的FPGA结构设计
• §2.3.1 直接法的FPGA结构设计
• §2.3.2 子图分裂法的FPGA结构设计
• 第三章 JPEG2000规范及编解码结构
• §3.1 JPEG2000标准的特征
• §3.2 JPEG2000编解码系统
• §3.2.1 预处理
• §3.2.2 小波变换
• §3.2.3 量化
• §3.2.4 熵编码和码流组织
• §3.3 本章小结
• 第四章 小波变换理论与提升格式
• §4.1 连续小波变换
• §4.2 离散小波变换
• §4.3 多分辨率分析和MALLAT算法
• §4.3.1 多分辨分析
• §4.3.2 Mallat算法
• §4.4 提升小波变换
• §4.4.1 提升格式的小波构造方法
• §4.4.2 提升分解
• §4.5 JPEG2000提升小波变换构造
• §4.5.1 5/3整数小波变换
• §4.5.2 9/7浮点小波变换
• 第五章 高效实时提升小波变换核的研究
• §5.1 总体设计
• §5.1.1 数字集成电路的设计流程
• §5.1.2 系统结构
• §5.2 提升小波变换核设计中的若干技术问题
• §5.2.1 边界延拓
• §5.2.2 移位—加操作
• §5.2.3 流水线技术
• §5.3 逐行处理小波变换核的设计
• §5.3.1 行列变换流程
• §5.3.2 提升框架的实现
• §5.3.3 多级并行
• §5.3.4 仿真结果
• §5.4 双行并行小波变换核的设计
• §5.4.1 行变换框架
• §5.4.2 列变换框架
• §5.4.3 多级变换
• §5.4.4 仿真结果
• §5.5 本章小结
• 第六章 实时图像压缩系统的硬件设计
• §6.1 总体方案
• §6.2 图像信号发生处理板的设计
• §6.2.1 设计目的及系统参数
• §6.2.2 硬件设计
• §6.3 图像压缩处理板简介
• §6.3.1 图像压缩板系统结构
• §6.3.2 系统试验参数及试验流程
• 第七章 系统仿真及结果
• §7.1 实验设备
• §7.2 实验流程及结果
• §7.3 结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表或录用学术论文情况
• 致谢
• 附录