基于DSP硬件的JPEG2000算法设计与实现

论文摘要

图像作为多媒体信息传播的主要载体,其重要性是勿庸置疑的。而图像处理的基础就是图像压缩,由此可见图像压缩的重要性。在图像压缩领域,JPEG标准的应用最为广泛,至今推出已经有十几年了,目前已经无法满足人们对压缩性能更高的要求。为此JPEG和ISO委员会在2000年起草并制定了JPEG2000图像压缩标准。JPEG2000标准不仅继承了JPEG标准的优点,而且具有低码率传输、无损压缩、渐进性传输、对感兴趣区域进行编码等特点。由于JPEG2000的优良性能,因而它有着广泛的应用,如数字电视、网络多媒体通信、视频会议、可视电话、图像数据库、指纹识别系统等。然而JPEG2000算法复杂,对硬件平台的要求高,使得通用的嵌入式处理器无法胜任,而数字信号处理器(DSP)是专门用于实时信号处理、具有特殊软硬件结构的微处理器,特别是TI公司的高端数字信号处理器TMS320C64x系列为数字图像压缩提供了良好的实现平台。本文深入研究了JPEG2000图像压缩标准,并着重研究它在图像采集处理卡中的实现。为了进一步提高压缩速度来满足图像采集处理卡性能指标的要求,本文结合DSP本身的特点,采用合理定义数据类型、数据打包、内联函数、优化选项、库函数等优化方法来优化程序代码。由于运行离散小波变换(DWT)和最佳截断的内嵌编码(EBCOT)时间共占整个JPEG2000压缩时间的85%以上,所以使用以块为单位进行小波变换的方法来优化离散小波变换并改进EBCOT算法结构来使其进行流水操作。本文通过MATLAB算法仿真、VC软件设计和DSP硬件仿真与实现,基本上实现了JPEG2000所有功能,其压缩质量和压缩倍数能够满足实际生活的需求,并且压缩图像性能好于JPEG标准,特别是在低码率传输的情况下。实验证明,经优化后,JPEG2000在TMS320DM642上运行的速度能够满足图像采集处理卡性能指标的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状以及发展动态
• 1.3 常用的图像压缩标准
• 1.4 本文研究的内容
• 1.5 小结
• 第二章 JPEG2000图像压缩标准的理论基础
• 2.1 图像压缩的信息论基础
• 2.1.1 信息量和熵
• 2.1.2 香农的无失真编码定理
• 2.1.3 最佳变长编码定理
• 2.1.4 率失真函数理论
• 2.1.5 图像压缩度量指标
• 2.2 小波变换基础
• 2.3 小波变换的分类
• 2.4 连续小波变换
• 2.4.1 连续小波变换的定义
• 2.4.2 连续小波变换的性质
• 2.5 离散小波变换
• 2.6 Mallat算法
• 第三章 JPEG2000图像压缩标准
• 3.1 JPEG2000的基本结构框架
• 3.2 图像的数据组织
• 3.2.1 成分
• 3.2.2 参考栅格
• 3.2.3 图像块
• 3.2.4 子带
• 3.2.5 区域
• 3.2.6 代码块
• 3.3 预处理模块
• 3.4 成分变换
• 3.4.1 可逆分量变换
• 3.4.2 不可逆分量变换
• 3.5 离散小波变换
• 3.5.1 无损小波变换
• 3.5.2 有损小波变换
• 3.6 量化模块
• 3.7 EBCOT编码
• 3.7.1 T1编码模块
• 3.7.2 T2编码
• 3.8 JP2图像格式
• 3.9 小结
• 第四章 JPEG2000算法仿真和软件实现
• 4.1 子带分解仿真分析
• 4.2 图像分辨率渐进性仿真分析
• 4.3 图像两种压缩方法对比分析
• 4.4 图像无损压缩质量渐进性仿真分析
• 4.5 图像有损压缩质量渐进性仿真分析
• 4.6 PCRD重要性研究分析
• 4.7 图像渐进性传输仿真分析
• 4.8 DWT次数重要性研究分析
• 4.9 小结
• 第五章 JPEG2000图像压缩算法在图像采集处理卡的实现
• 5.1 图像采集处理卡系统介绍
• 5.2 图像采集处理卡芯片介绍
• 5.3 DSP运行环境
• 5.3.1 CCS软件
• 5.3.2 DSP/BIOS嵌入式操作系统
• 5.3.3 CMD文件的编写
• 5.4 JPEG2000算法的改进
• 5.4.1 DWT算法优化
• 5.4.2 T1编码模块优化
• 5.5 JPEG2000算法在DSP上的移植和优化
• 5.5.1 合理使用CCS的编译选项
• 5.5.2 EDMA技术
• 5.5.3 其它优化方法
• 5.6 测试结果分析
• 5.7 小结
• 第六章 全文总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在校期间取得的研究成果