[发明专利]基于JPEG2000标准的MQ编码方法和电路

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及符合JPEG2000标准的高效的自适应二进制算术编码器MQ的编码方法和电路结构，主要应用于数字图像编码芯片设计领域。

背景技术

JPEG2000作为新一代静态压缩编码标准已被广泛应用到互联网、图像传输等多个领域。与传统的JPEG相比不仅提供了更高的压缩比和新的功能，而且放弃了以往以离散余弦变换为主的编码方式，采用了以小波变换为主的多解析编码方式。与目前被广泛应用的SPIHT算法相比，这种编码系统能在甚低比特率压缩时提供良好的率失真特性和主观视觉质量，此外这种系统还具有一系列其他优点和功能。它采用离散小波变换和优化截取内嵌块编码EBCOT技术，其中小波变换和块编码技术提高了图像编码产生的码流的抗误码能力；而内嵌技术为灵活的码流控制提供了可能，即可以实现无损、有损图像压缩的兼容。其中预处理主要是进行图像分割和彩色分量变换等；小波变换对图像数据进行分解，去除像素之间的相关性；对小波变换后的系数进行量化，将浮点数变换为原码数据，以便后面的比特平面进行编码；量化后的系数进行比特平面编码，产生内嵌码流；码流控制部分完成码流的优化截取、码流组织、打包并输出最终码作为JPEG2000的核心算法，在EBCOT中，将小波变换、量化后的系数按照子带顺序分别进行独立的比特平面编码。对同一子带，将系数划分为码块，每个码块进行独立的比特平面编码。在EBCOT的硬件实现中，子带、码块和比特平面都可以实现并行。因此，MQ编码器的效率就成了JPEG2000硬件高速实现需要解决的瓶颈技术之一。

在JPEG2000中，量化以后的小波系数，经过位平面编码BPC以后，生成上下文CX和待压缩数据D。MQ编码器将上下文CX和待压缩数据D进行处理，得到压缩以后的数据CD。MQ编码器的输入和输出在MQ算术编码器中，用寄存器A表示当前子区间的宽度，寄存器C表示子区间的起始位置。在JPEG2000中，共有0-18共19个可能的上下文CX，对于每个可能的上下文，都有一个高概率符号MPS和一个索引值I与之对应。在编码完一个数据以后，要根据概率估计模型对该上下文对应的高概率符号和索引值进行更新。根据索引值I，由JPEG2000中定义的查找表，查取低概率符号的概率Qe。根据待编码的数据是高概率还是低概率符号，对寄存器A和C进行更新：数据是高概率符号，A＝A-Qe，C＝C+Qe；数据是低概率符号，A＝Qe，C＝C。

在实际实现时，只能用有限精度的数据来表示寄存器A和C。如果A小于0.75，则可通过对A和C进行归一化来使得A保持在区间[0.75，1，5]。归一化操作可以简单地通过对A和C进行移位来完成，一直到A的大小落入规定的区间之内。C寄存器移出的比特流就是编码的结果，计数器CT用来计数移出的比特数，当CT达到一定值时，可以从C中输出一个字节的结果数据。另外，CT在更新的过程中，可能会产生进位，例如，若上次输出的数据是FF的话，就会产生进位问题。在MQ编码器中，采用了位填充技术bit-stuffing来处理进位问题。

在传统的MQ编码方法中，完全按照JPEG2000标准实现，没有充分利用硬件电路可以并行计算的特点。在已有的一些论文或者专利中，虽然针对该问题作了一定的改进，但是依然在电路的编码效率和性能方面存在很大缺陷。如申请号为03129690.4的专利对MQ编码算法中的“间隔计算”、“区间重整”和“字节输出”提出了改进，虽然在编码速度方面有一定的提升，但是依然存在问题。第一，该专利采用符合JPEG2000算法的查表方法，在时钟沿到来后依次通过两次查表获得索引值I和低概率符号的概率Qe，然后在该时钟周期内实现索引表的更新，该实现方法较冗长，使电路的组合逻辑延迟很大；第二，该专利中在“区间重整”模块中采用仅一个“零个数译码器”对“间隔计算”的选择结果A进行前导零的检测，该实现方法使得前导零个数检测过程必须在“间隔计算”完成之后进行。此外，该专利中关于“间隔计算”的以表达式(D≠MPS(CX)&A≥2Qe||(D＝MPS(CX)&A＜2Qe))的逻辑结果作为条件，且在电路实现中使用4个多位比较器以及多个多路选择器，造成逻辑复杂，电路延迟较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于JPEG2000标准的MQ编码方法和编码电路，在不改变编码结果的前提下精简低概率符号的概率Qe的查表过程，同时使前导零的检测与“间隔计算”并行执行，减少电路实现时的闲置和组合逻辑延时，提升编码器的工作频率。

为了实现上述目的，本发明的MQ编码器电路，包括：