JPEG2000中EBC编码算法的DSP高效实现

论文摘要

受到信道传输带宽的限制,高保真、低比特率遥感图像压缩技术的研究成为解决高分辨率遥感图像实时传输“瓶颈”的关键手段之一。JPEG2000作为新一代静止图像压缩标准,具有大压缩比、高保真等优点,但其编码算法复杂度高、运算量大,应用于遥感图像压缩领域,必须解决压缩算法硬件实时实现这一难题。本文在国家863高技术发展计划项目“×××数据压缩技术”（项目编号:2006AA701121）的资助下,结合某型号项目“×××卫星图像数据压缩设备”的研制,对JPEG2000星载图像压缩设备中的EBC编码算法进行了深入研究。现将论文的主要工作归纳如下:1、研究了EBCOT算法的特点及实现流程。着重对EBCOT算法中的第一阶段（Tier 1）编码算法进行了深入探讨,详细分析了EBC算法的原理,结合DSP的特点,指出了原始算法在DSP软件实现中的不足,即算法结构循环层数多,核心循环即最里层循环代码条件判断过多、代码过长,DSP软件流水根本无法展开。2、对现有JPEG2000的EBC算法结构优化方案进行了分析,指出它们都是对EBC算法本身进行改进,没有对算法的软硬件实时实现做出分析。针对EBC编码算法在DSP实时实现中存在的问题,提出了一种能够使DSP并行流水建立的EBC编码算法的改进结构。其基本思想是首先将算术编码分离出来,然后将位平面扫描步骤展开,并将其中的符号编码独立出来,在位平面扫描前处理。改进后的EBC算法结构使得DSP并行流水线能够建立,大大加快了压缩算法的运行速度。3、提出了一种适于DSP并行实现的EBC编码算法的优化设计方法。首先对算术编码进行了改进,使其更适合于DSP的高效并行;然后给出了独立后的符号编码的DSP实现方案;最后对小波系数的存储结构进行了优化设计。4、基于EBC编码优化算法,设计了DSP汇编代码,在FPGA+多DSP的JPEG2000星载遥感图像压缩设备实验平台上进行了相应的测试与实验研究。数据分析结果表明改进后EBC编码算法的编码速度有了大幅提高,有利于DSP并行实时实现。目前,改进后的EBC算法已成功应用于JPEG2000星载遥感图像压缩设备中。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 卫星遥感图像压缩技术发展现状
• 1.2.1 卫星遥感图像压缩编码算法
• 1.2.2 压缩编码技术在卫星遥感图像压缩设备中的应用
• 1.3 JPEG2000 压缩标准
• 1.3.2 JPEG2000 核心算法
• 1.3.3 JEPG2000 的优缺点
• 1.4 课题来源及研究目标
• 1.5 本文的研究内容及结构安排
• 第二章 EBC编码算法及DSP实现分析
• 2.1 EBCOT编码算法
• 2.1.1 EBCOT算法流程
• 2.1.2 EBCOT算法分析
• 2.2 EBC编码算法
• 2.2.1 位平面编码（BPC）
• 2.2.2 自适应算术编码
• 2.3 EBC算法DSP实现分析
• 2.3.1 DSP软件流水
• 2.3.2 EBC编码算法DSP实现分析
• 2.4 小结
• 第三章 EBC编码算法体系结构研究及改进
• 3.1 现有的EBC编码算法改进方案
• 3.1.1 Lain跳点跳列结构
• 3.1.2 Chiang通道并行结构
• 3.2 适于DSP实现的EBC编码算法改进结构
• 3.2.1 算术编码的分离
• 3.2.2 位平面扫描的循环展开
• 3.2.3 符号编码的独立
• 3.3 小结
• 第四章 改进结构后EBC编码算法的优化
• 4.1 算术编码的优化
• 4.2 独立符号编码的实现
• 4.3 小波数据存储结构优化
• 4.4 小结
• 第五章 改进后EBC编码算法的DSP软件实现及实验研究
• 5.1 TMS320C6416 DSP 软件开发及优化
• 5.1.1 TI TMS320C6416 DSP
• 5.1.2 CCS集成开发环境
• 5.1.3 软件设计开发流程
• 5.1.4 DSP优化技术
• 5.2 改进后EBC编码算法的DSP软件实现
• 5.2.1 DSP程序设计
• 5.2.2 DSP开发流程
• 5.3 改进后EBC编码算法实验研究
• 5.3.1 实验平台
• 5.3.2 总体结构优化后的EBC编码算法性能指标
• 5.3.3 改进结构的EBC编码算法优化后性能指标
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文和获得的成果