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
R
G
B
DC levelshifting
DC levelshifting
DC levelshifting
ColorTransformation
C1
C2
C3
JPEG2000encoding
JPEG2000encoding
JPEG2000encoding
Colorimage
CompressedImage Data
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。
提升的 DWT
提升算法分析流程
9/7DWT提升算法优化
原始DWT提升算法改进的DWT提升算
法
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
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
EBCOT
EBCOT 组成模块图
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。
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
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
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）。
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
MQ编码
二进制算数编码流程示意图
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
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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