[发明专利]适用于Jpeg2000标准的高速比特平面解码方法及电路

说明书

技术领域

本发明提出了一种针对JPEG2000标准的位平面解码方法及电路实现，该电路是高速EBCOT解码器的一部分，广泛应用于计算机网络应用、数码相机、摄像机等领域。

背景技术

随着多媒体技术的发展，现在的图像压缩技术不仪要求具有较高的压缩性能，而且还要求有新的特征来满足一些特殊的需求，如在达到较低比特率的同时保留较高的压缩品质，能够同时具备有损和无损压缩方式，能够支持图像局部编解码处理，支持图像质量渐进传输等，这些需求使得JPEG2000标准应运而生。JPEG2000是以离散小波变换为主的多解析编码方式。

自JPEG2000标准公布以来，诸多文献对其编码原理及其电路实现进行了分析，尤其体现在EBCOT(Embedded Block Coding Optimized Truncation)方面。EBCOT，即所谓具有优化截断特性的嵌入式块编码，是JPEG2000编码最关键的技术，也是硬件实现最复杂的部分，它的主要思想是将重要的信息优先编码、传输，为MQ算术编码器提供上下文CX，实现码流的“按质量渐进传输”和“断点优化阶段”。这种算法使得JPEG2000在码流控制上不仪可以输出具有丰富特性的码流，而且还可以生成高压缩比的码流。

由于EBCOT的运算对象是各个子带内的编码块，每个编码块又是由若干比特平面构成，每个编码平面又是由若干个条带(stripe)，若干列(column)和若干象素(pixel)构成，JPEG2000编解码的数据处理都是基于这种比特平面进行的，如图1所示，由于每个比特平面需要进行三个编码过程(pass)的扫描和算术编码，大大降低了EBCOT的运算速度，使得EBCOT解码与小波变换之间出现瓶颈。许多文献提出了加速EBCOT运算的VLSI结构，提出了基于象素跳跃(Pixel Skipping)、列组跳跃(Group of Column Skipping)甚至平面跳跃(Plane Skipping)的加速方法。然而，这些方法一般只适用在JPEG2000编码电路中，因为编码时，每个象素的每个比特是透明的，也就是说对于编码器，这些系数是已知的，因而只要存储器足够大，只要缓存足够大，可以将原先串行的三个编码过程改为并行执行，这样就提高了编码效率。但是对于解码电路，对解码器透明的只有压缩的比特流，解码器需要重新构建各个系数平面，要想提高解码效率需要综合考虑JPEG2000的码流特点，以及外部存储器的组织。

JPEG2000标准中的位平面解码属于EBCOT解码的一部分，它的解码原理如图2所示。

一个“图像片”(tile)经过小波变换后分为四个子带(LL，LH，HL，HH)，每个子带的系数分为若干个解码块，每个解码块又分为若干个位平面，每个位平面按照三个解码过程依次逐列解码，如图3所示。同编码过程一样，解码也是从系数的最高位(MSB)的位平面开始解码，直到最后一个pass解完，完成所有比特平面的解码。解码时，码块的每个系数分别对应一个4位的状态寄存器，分别记录符号、重要性、幅度特性及该系数是否被访问这四个系数特征。解码起始时所有系数均被初始化为“不重要的”(insignificant)，遇到非零比特时，该系数变为重要的(significant)，接着接收该系数的符号位，并根据标准中规定的符号计算公式解出该系数的符号，并存入状态寄存器。之后，该系数的其他(在后续比特平面中处理的)比特位即进行“幅度精练”解码，直到整个系数所有比特平面解完。由于在编码时，小波变换将图像的大部分能量都集中到低频的子带，即LL子带，因此从系数构成看，初始的几个位平面为全“零”的平面，这些平面对整个码块信息量贡献很小，因此在开始解码时，需要从包头中获取从MSB开始零平面个数的信息，最后根据解得的系数合成最终需要进行反量化的系数，然后再进行离散小波逆变换。