基于jpeg2000率失真优化截取vlsi设计

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1、摘要静止图像压缩标准JPEG2000采用离散小波变换(DWD和优化截断嵌入式块编码(EBCOT)，在编码效率和复原图像质量上均优于其他传统算法。本文主要研究适用于航天领域的JPEG2000编码算法中记部分的率失真优化截取算法的设计和高效VLSI硬件实现。按照JPEG2000图像压缩系统对图像分辨率、压缩比、截取层数有无ROI和可靠性等要求，本文在已有研究的基础上，提出了一种适应于硬件实现的快速奇异点剔除算法，可达到最优性能。基于该算法设计并实现了完整的率失真优化截取VLSI架构。该架构对关键逻辑和状态控制

2、电路采用三模冗余和EDAC方法进行保护，使其具有一定的抗单粒子翻转能力；采用单帧独立的设计，保证系统在某帧图像处理出错情况下能在下一帧恢复正常。本文对该架构在FPGA系统上进行了验证，实验结果表明该模块在性能、复杂度和可靠性上均可满足设计指标要求。关键词：图像压缩JPEG2000率失真优化截取VLSI可靠性AbstractThenextgenerationstaticimagecompressingstandardJPEG2000employstheDiscreteWaveletTransform(DWD

3、andtheEmbeddedBlockCoding、)l，itllOptimizedTruncation(EBCOT)，receivingabettercodingefficiencyandreconstructionqualitythanothertraditionalalgorithms．Wemainlyresearchintothedesignandhi曲effectiveVLSIimplementationoftheRate-DistortionOptimizedTruncationalgorit

4、hmoftheT2partinJPEG2000．Accordingtotherequirementsofimageresolution,compressionrate，numberoftruncationlayers，havingROIornotandthereliabilityofJPEG2000，weproposeafastsingularpointeliminationmethodsuitabletohardwareimplementation,whichisabletoachievethebest

5、p砷onnance．WedesignandimplementedtheentireRate·DistortionOptimizedTruncationVLSIarchitecture．Inthesystem,thekeylogicandstatecontrolcircuitareprotectedviaTripleModularRedundancy(TMR)andEDACmethodandthereforehavecertainabilitytoresisttheSingleEventUpset(SELl

6、)；arandomerrorinoneframewillberecoveredinthenextframebyusingafrRmeindependentdesign．WeverifiedthearchitectureonFPGAanditturnedoutthatthiSmoduleisabletomeettherequirementinquality,complexityandreliability．Keyword：ImageCompressionJPEG2000Rate-DistortionOpti

7、mizedTruncationVLSIRefiabifity第一章绪论1．1引言随着空间科学技术的飞速发展，遥感影像的时间、空间和光谱分辨率不断提高，尺度不断扩大，新型航天遥感器及未来的地球资源探测平台所获取的数据量呈爆炸式增长，需要从空间传输到地面站的数据量越来越大，在某些应用场合中，原始数据甚至超出了空间链路带宽的承受能力。这种高比特率、大容量的要求，使得有限的信道带宽和数据存储容量与传输大量遥感数据之间的矛盾日益突出，已成为卫星图像通信中所面I临的一个关键问题。因而，对遥感图像的高效图像数据压缩具有

8、重要的科学研究和现实应用价值。1．2图像压缩技术发展及成果图像压缩是数字压缩技术在数字图像方面中的应用，是指在满足一定质量的前提下，对原始图像数据进行处理，使用较少的数据表示原始图像中所包含的信息的技术。图像压缩属于信源编码的范畴。虽然数字图像需要占用大量的存储单元，但图像数据是高度相关的，即数字图像信息中存在大量的冗余信息，主要包括空间冗余、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余和知识冗余Il】等。因为图像冗余信息的存在，