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JPEG2000 编编编编编编编 编编

JPEG2000 编解码系统

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JPEG2000 编解码系统. 汇报人:包娜. JPEG2000 的编解码流程. JPEG2000 编码芯片整体架构. 预处理流程. DC level shifting. Color Transformation. C1. JPEG2000 encoding. R. Color image. C2. JPEG2000 encoding. Compressed Image Data. DC level shifting. G. B. DC level shifting. C3. JPEG2000 encoding. 小波变换 DWT. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: JPEG2000 编解码系统

JPEG2000编解码系统

汇报人:包娜

Page 2: JPEG2000 编解码系统

JPEG2000的编解码流程

Page 3: JPEG2000 编解码系统

JPEG2000编码芯片整体架构

Page 4: JPEG2000 编解码系统

预处理流程

R

G

B

DC levelshifting

DC levelshifting

DC levelshifting

ColorTransformation

C1

C2

C3

JPEG2000encoding

JPEG2000encoding

JPEG2000encoding

Colorimage

CompressedImage Data

Page 5: JPEG2000 编解码系统

小波变换 DWT

二级 DWT 示意图

离散小波变换( DWT )是一种有效的多分辨率分析工具,具有良好的时频局部特性,可以将信号分解成具有时域特性的不同子代。其编码效率和图像复原质量均高于传统的离散余弦变换( DCT ),从而在信号处理和图像压缩领域得到广泛的应用,如 MPEG-4, JPEG2000 等。

小波变换将图像分成不同能量的层级,层级越高具有的能量越大,含有的信息量越多。

Page 6: JPEG2000 编解码系统

提升的 DWT

提升算法分析流程

Page 7: JPEG2000 编解码系统

9/7DWT提升算法优化

原始DWT提升算法改进的DWT提升算

k1

1( ) (2 1) (2 )D n x n x n

k2

1 1( ) ( 1) (2 ) (2 1) (2 2)D n x n x n x n

k3

1( ) (2 1) (2 )D n y n y n

k4

1 1( ) ( 1) (2 ) (2 1) (2 2)D n y n y n y n

设置中间变量

以中间变量为基础对算法进行变型

1

1(2 1) ( ) (2 2)ky n D n x n

2 1

1(2 ) ( ) ( ) (2 2)k ky n D n D n x n

3

1(2 1) ( ) (2 2)kH n D n y n

4 3

1(2 ) ( ) ( ) (2 2)k kL n D n D n y n

Page 8: JPEG2000 编解码系统

DWT设计

Column filter

RAM Filter Logic Unit (FLU)

Pre-process

Transposingbuffer

Rowfilter

Scaling

D X D + buffer1

D X D

D

X(2n)

X(2n+1)

+

buffer2

+

+ D

D

X

XY(2n)

Y(2n+1)

D

D

D

+ buffer3

+ buffer4

+

+ D

D

L

H

Page 9: JPEG2000 编解码系统

EBCOT

EBCOT 组成模块图

Page 10: JPEG2000 编解码系统

TIER1编码设计

readcontrol

stategenerate

bi t pl ane i

BPC

bi t pl ane j

BPC

Code stream

MQ1

MQ2

.

.

.

.

.

.

RAM2

FI FO

FI FO

TIER1 编码架构

在 tier-1 编码过程中,将 16 位小波系数的每一位看成一个二进制元素,一幅MxN 大小的图像的相同位就可以组成一个 MxN 大小的二维平面,其中去除最高位符号位和最低 4 位,对剩下的 11 个位平面进行 tier-1 编码。

每个位平面在三个通道:清除通道,重要性通道,幅值细化通道中进行编码,这样每个位平面(最高为平面除外)会得到三个通道的编码结果。然而每个通道的编码结果有着不同的重要性,重要性高的通道对图像质量贡献大,这样的通道往往需要保留,而重要性低的通道对图像质量贡献小,会被优先舍弃。在压缩率较高的情况下,就要优先保留重要性较高的通道结果,舍弃重要性较低的通道结果,即所谓实现优化截断。

Page 11: JPEG2000 编解码系统

BPC编码

符号位平面

幅度位平面

幅度位平面

幅度位平面

幅度位平面

MSB

LSB

位平面并行扫描处理

.

.

.

条带

条带……

条带扫描

条带内列扫描

BPC 编码顺序 确定上下文 CX 的邻域系数

Page 12: JPEG2000 编解码系统

三个编码通道:重要性传输通道( SP ),幅度细化通道( MRP ),清除通道( CP) 。

4 种编码原语:零编码( ZC ),符号编码( SC ),量值改进编码(MRC )和游程编码( RLC ),分别用来生成 BPC 编码的最终结果 CX。 CX 总共有 19 种可能值。

每个编码通道的进入条件与该通道所含的编码原语有关。

BPC编码

Page 13: JPEG2000 编解码系统

双并行处理窗口

BPC编码

窗口工作过程:B 列进行重要性通道的预测C 列更新状态信息的的次低位(重要性通道编码后的重要性状态),D 列进行幅度细化通道和清除通道的预测,E 列更新状态信息的最低位(清除通道编码后的重要性状态)。

Page 14: JPEG2000 编解码系统

MQ编码

二进制算术编码的基本操作是对当前概率区间进行基于 Elias 编码的递归划分。当算术编码器接收到一个新的二进制带压缩符号时,对当前区间进行操作,使之成为两个更小的子区间,分别为大概率区间 MPS 和小概率区间 LPS,这里人为规定 MPS 区间处于 LPS 区间的上部。

MQ 编码器编码区间示意图

Page 15: JPEG2000 编解码系统

MQ编码

二进制算数编码流程示意图

Page 16: JPEG2000 编解码系统

MQ编码

MQ 编码器输入为 BPC 编码器所产生的 CX和 D ,其中 CX 为上下文,共有 19 种可能值,在 MQ 编码器中用于初始状态表的查找。 D 为所需的编码比特,在 MQ 编码器中代表大概率符号 MPS 和小概率符号 LPS 的其中一种。压缩后的比特流为 MQ 编码的最终输出,用于后续的 EBCOT Tier2 编码。

MQ 编码器输入输出示意

Page 17: JPEG2000 编解码系统

MQ编码

MQ 编码主流程图

首先进行初始化过程,对主要信息进行初始化处理,主要包括 CX 对应的初始编码信息( Index及MPS )和各寄存器及计数器的初值。

读入上下文信息 CX 和编码比特 D ,并通过概率估计模型获得相应的信息来进行ENCODE 主体编码。

读入新的 CX及 D 继续编码,直至全部编码完成后,进行最后的 flush 过程对 3 个通道的码流进行终结。

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