JPEG2000编解码系统的优化与实现.pdf

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1、硕士学位论文JPEG2000编解码系统的优化与实现THEOPTIMIZATIONANDIMPLEMENTATIONOFJPEG2000CODECSYSTEM王龙祥哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN47学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文JPEG2000编解码系统的优化与实现硕士研究生：王龙祥导师：来逢昌副教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN4

2、7U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEOPTIMIZATIONANDIMPLEMENTATIONOFJPEG2000CODECSYSTEMCandidate：WangLongxiangSupervisor：AssociateProf.LaiFengchangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofAcademicSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectr

3、onicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要JPEG2000标准压缩算法采用离散小波变换（DWT）和优化截断的嵌入式块编码（EBCOT）算法，相较于JPEG算法有许多优势，在世界上许多图像处理的领域应用广泛。本文通过详细分析原有IP硬件结构，发现其在占用面积和支持图像分辨率方面非常有必要

4、进行优化。本文通过对JPEG2000标准协议的压缩算法进行分析，首先利用编码和解码部分算法相似、过程相逆的特点，对编解码结构进行优化整合，实现一种可以同时具有编码或解码功能的硬件结构，大大减小硬件面积。针对整体硬件结构，复用编解码所需的小波系数存储器及码流存储器，整体存储器面积减少62%；针对小波正反变换部分，根据编码或解码模式选择不同的流水结构，复用存储器及逻辑资源；针对位平面扫描算法，复用上下文生成等逻辑及存储器资源；针对MQ算法，复用基于状态迁移的概率估计逻辑。然后在硬件结构优化完成的基础上，进一步扩

5、展IP功能，提出两种方案实现支持尺寸为1024×1024大分辨率图像编解码IP的设计，方案一采用“拼接法”将图像划分为4个尺寸为512×512叠块完成实现，方案二采用“整体优化设计法”完成实现，两种方案完成的硬件设计各有优缺点，可根据不同场景实际需求选择使用。本文针对优化完成的结构，采用VerilogHDL语言完成硬件代码实现，并通过对IP核进行充分的验证和性能分析，在代码覆盖率、自洽性、可配置功能等诸多方面表现优异，编码模式最高工作频率可达接近150MHz，解码模式最高工作频率可超过175MHz，满足实际

6、编解码需要。本文利用Xilinx工具搭建SoC系统，构建了基于FPGA的系统级验证平台，可以实现完整的编码或解码功能，解码时可通过显示器显示重构后的图像，验证了设计的功能。关键字：JPEG2000；图像编解码；硬件结构优化；大分辨率；验证平台I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractJPEG2000standardcompressionalgorithmusesdiscretewavelettransform(DWT)andoptimizedtruncatedembeddedblockcoding(E

7、BCOT)algorithm.ComparedwithJPEGalgorithm,JPEG2000hasmanyadvantages,andiswidelyusedinmanyareasofimageprocessingintheworld.ThisarticleanalyzestheoriginalIPhardwarestructureindetailandfindsthatitisnecessarytooptimizetheareaoccupiedandtheresolutionofthesupport

8、edimages.Inthispaper,byanalyzingthecompressionalgorithmoftheJPEG2000standardprotocolfirst,usingthesimilarityoftheencodinganddecodingpartsofthealgorithmandtheinverseoftheprocess,thecodecstructureisoptimizedand