比特平面并行的率失真优化截取内嵌码块编码装置制造方法及图纸

一种比特平面并行的率失真优化截取内嵌码块编码结构，其特征在于包括：　　　　小波变换器，用于将原始图像数据进行离散小波变换，并将变换系数写入外部存储器；　　　　外部存储器，用于存储小波变换系数；　　　　小波系数输出器，用于按分辨率递增顺序读出小波系数，每四个点为一个条带，并输出到各并行比特平面编码器；　　　　并行比特平面编码器，用于将小波系数输出器输出的各条带同时进行比特平面编码和状态变量的组织，并对状态变量同时进行更新；　　　　并行缓冲器，用于寄存从各并行比特平面编码器输入的上下文信息，并依次读出该上下文信息；　　　　复选器，用于把从各并行缓冲器输入的多个下文信息进行选择输出；　　　　算术编码器，用于对从复选器输入的上下文信息进行压缩编码并输出压缩码流。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，特别是一种比特平面并行的率失真优化截取内嵌码块编码(EBCOT)结构，用于各种数字设备的图像压缩编码。
技术介绍
随着多媒体和网络技术的发展和应用，已有的静止图像压缩标准JPEG已不能满足当前市场和实际应用的要求，为此国际标准组织于2000年11月制定了静止图像压缩的新标准JPEG2000。该新标准采用了澳大利亚学者David Taubman在High PerformanceScalable Image Compression with EBCOT(IEEE Trans.Image Processing，vol.9，no.7，pp.1158-1170，July 2000)一文中提出的小波变换和率失真优化截取内嵌码块编码算法(EBCOT)，该算法分为T1和T2两部分。T1由内嵌比特平面编码和MQ算术编码器组成，完成上下文形成和算术编码；T2部分完成率控制和码流组织。进行率失真优化截取内嵌码块编码算法(EBCOT)编码时，各小波子带划分为更小的码块(如64×64)，以码块为单位独立作T1编码。不同的码块产生的比特流长度是不相同的，它们对恢复图像质量的贡献也是不同的。因此对于所有码块产生的比特流，T2采用了率失真优化技术进行后压缩处理，完成码流的率控制和组织。以下对静止图像压缩的新标准JPEG2000中的熵编码原理进行描述设码块Bi中的量化系数为qi，以符号-幅值的形式表示，Δi为相应的量化步长，Mi为qi的比特平面个数，χi为符号位(0表示正数，1表示负数)，vi为Mi-比特的幅度值。令vip为vi第p层的比特，其中0≤p＜Mi且p＝0对应于最低位LSB。比特平面编码就是首先传输最高位MSBviMi-1，然后传输次重要的比特平面。为了有效的对vip进行编码，这里利用了当前样点si和相邻样点以前的编码信息，即上下文。码块中的每个系数有一个二进制状态变量σi，初始化为0，表示当前系数是不重要的，在对第一个非零比特vip≠0编码时变为1，表示当前系数是重要的，σi称为si的“重要性状态”。其中，在比特平面p对si编码时，静止图像压缩的新标准JPEG2000使用了四种编码单元“零编码”(ZC)、“符号编码”(SC)、“幅值细化”(MR)和“游程编码”(RLC)。如果样点是不重要的，即σi＝0，则使用零编码ZC或游程编码RLC来编码样点在当前比特平面是否重要；如果样点变为重要的，则使用符号编码SC来编码符号位并且置σi为1；如果样点在上一个比特平面已经重要，即σi＝1，则通过幅值细化MR来编码vip。在每种情况下，编码单元输出一个二进制符号(0或1)和当前的上下文，并传送给算术编码器MQ进行压缩。零编码ZC输出的符号是vip，其上下文状态是当前样点的8个相邻样点的重要性。因此当前系数最多可以有256种上下文状态，为了降低实现复杂度，根据一些特殊的规则聚类，可以把这256种状态简化为9种上下文。如果vip≠0，则进行符号编码SC。该符号编码SC输出的符号是 其中 是由符号编码SC的上下文状态确定的符号预测值符号表示异或运算。符号编码SC的上下文状态由上下左右4个样点的重要性及其相应的符号组成，因此也有256种状态，静止图像压缩的新标准JPEG2000将其简化为5个上下文。幅值细化MR编码的输出是vip，这里引入另一个状态变量σi′，用来表示是否第一次使用幅值细化MR编码。通过σi′和相邻样点的重要性状态分成3种上下文。游程编码RLC用来处理同一列连续4个样点，以减少连续0符号的数目。如果该列4个系数的σi＝0并且都没有重要的邻居，则采用游程编码RLC，输出其中是否有vip＝1，它只有一个上下文。如果游程编码RLC在编码时4个系数中至少有一个变成重要，则要输出第一个重要系数的位置(两个比特)，位置的输出采用固定的上下文，其概率模型是均匀分布的。然后对第一个重要系数进行符号编码SC，后面的系数进行零编码ZC。在进行编码时，量化系数的比特平面编码是按下列三个编码过程进行的，在每个步骤中使用了上述零编码ZC、符号编码SC、幅值细化MR和游程编码RLC四种编码单元中的一种或多种操作。在每个编码过程中，码块中的系数按照每四行组成的条带进行扫描，条带内按照列顺序扫描，直到扫遍完码块中的所有系数为止，扫描顺序如图5所示。具体的比特平面编码方法如下第一步进行重要性传播Pip，1，即对于不重要但有重要邻居的系数进行零编码ZC，如果系数变成重要则进行符号编码SC；第二步进行幅值细化Pip，2，即对于已经重要的系数，进行幅值细化MR编码；第三步清理更新Pip，3，即对于不重要且未编码过的系数进行零编码ZC或游程编码RLC，如果有系数变成重要则进行符号编码SC。返回第一步进行下一个比特平面p-1的编码。虽然澳大利亚学者David Taubman在High Performance Scalable ImageCompression with EBCOT(IEEE Trans.Image Processing，vol.9，no.7，pp.1158-1170，July2000)一文中给出了小波变换和率失真优化截取的内嵌码块编码(EBCOT)的方法描述，但是并没有具体的硬件实现结构。因此，不少学者致力于率失真优化截取的内嵌码块编码(EBCOT)硬件结构的研究，而且提出了实现率失真优化截取内嵌码块编码(EBCOT)硬件结构。例如，美国学者Kishore Andra分别在2003年IEEE Trans.on Circuits and Systemfor Video Technology期刊发表文章A High-Performance JPEG2000 Architecture(Vol.13，No.3 March 2003 pp209-218)和其博士论文Wavelet and Entropy Coding Accelerators forJPEG2000，Arizona State University，December 2001中详细给出实现率失真优化截取内嵌码块编码(EBCOT)的硬件结构。该结构的主要特点有1)通过组合逻辑实现状态信息的输入；2)状态信息存储在3个内存中；3)状态和幅值信息存储在5个寄存器中；4)通过一个24状态的状态机实现对整个模块的控制。又如，台湾学者Chung-Jr Lian Chung-JrLian在2003年IEEE Trans.on Circuits and System for Video Technology期刊发表文章Analysis and Architecture Design of Block Coding Engine for EBCOT in JPEG2000(Vol.13，No.3 March 2003 pp219-230)也详细给出了实现率失真优化截取内嵌码块编码(EBCOT)硬件结构。该结构的主要特点有1)整个结构基于列处理；2)采用像素跳过和列跳过提高处理速度。上述两种采用硬件实现率失真优化截取内嵌码块编码(EBCOT)的结构，虽说代表了当前硬件化JPEG2000的最新技术，但是由于这两种结构在处理编码比特平面时采用的是从最高比特平面到最低比特平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，李云松，吴成柯，庄怀宇，曹斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：