為了解決海量圖像數(shù)據(jù)對存儲介質(zhì)和有限的帶寬造成的巨大壓力,提出了高性能的圖像無損壓縮知識產(chǎn)權(quán)（IP）核,給出了相應(yīng)的超大規(guī)模集成電路（VLSI）架構(gòu)。通過對圖像預(yù)處理模塊進行兼容性優(yōu)化,使其可以靈活處理多種規(guī)格的圖像;優(yōu)化離散小波變換（DWT）模塊,提出了單加法器延時結(jié)構(gòu),使離散小波變換模塊的最高工作頻率達274MHz;IP核整體架構(gòu)采用串并復(fù)用流水線設(shè)計思路,圖像預(yù)處理和離散小波變換模塊串行處理數(shù)據(jù),算術(shù)編碼和位平面編碼模塊并行處理數(shù)據(jù),IP核內(nèi)的所有模塊均采用流水線設(shè)計方法,最終大幅提升IP核的吞吐率。實驗結(jié)果表明,設(shè)計的IP核可直接接收光電耦合器件（CCD）相機的圖像數(shù)據(jù)完成無損壓縮并輸出碼流,該IP核在Xilinx Kintex-7KC705開發(fā)板上實現(xiàn),最高工作頻率達171 MHz,最大吞吐率達1 472 Mb/s,與現(xiàn)有圖像無損壓縮VLSI編碼器相比,最高工作頻率提升16%以上,最大吞吐率提升25%以上。 

【文章來源】：西安交通大學學報. 2020,54(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

JPEG2000標準壓縮算法的硬件架構(gòu)示意圖

本文充分考慮各模塊的壓縮編碼速度與各模塊數(shù)據(jù)傳輸之間的關(guān)系，提出了一種串并復(fù)用流水線架構(gòu)，如圖2所示，將消耗時間短、處理速度快的圖像預(yù)處理和離散小波變換模塊進行多次復(fù)用，將消耗時間長、處理速度慢的位平面編碼和算術(shù)編碼模塊進行并行處理，從而不需要等待位平面編碼和算術(shù)編碼模塊處理完成即可開始下一個標準圖像塊的處理，雖然增加了部分控制電路，但能大幅提升吞吐率。硬件資源充裕的情況下，隨并行度的增加，此結(jié)構(gòu)吞吐率成倍提升。設(shè)串行工作的圖像預(yù)處理和離散小波變換模塊單位時間可以處理s個樣點，單路可并行工作的位平面編碼和算術(shù)編碼模塊單位時間能處理p個樣點，n路并行工作的位平面編碼和算術(shù)編碼模塊單位時間能處理np個樣點。則傳統(tǒng)標準算法結(jié)構(gòu)單位時間可以處理s+p個樣點，本文提出的結(jié)構(gòu)單位時間可以處理s+np個樣點，根據(jù)Gustafson定律[17]，并行后吞吐率提升比e可以由下式得到

圖像無損壓縮IP核的具體工作流程如圖3所示，原始圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理和離散小波變換后，離散小波變換后的系數(shù)通過第1路位平面編碼和算術(shù)編碼模塊進行壓縮編碼，預(yù)處理模塊和離散小波變換模塊處于空閑狀態(tài)，它們再次開始工作，處理下一個標準圖像塊，一直循環(huán)此過程，直到所有位平面編碼模塊和算術(shù)編碼模塊都處于壓縮編碼狀態(tài)，循環(huán)往復(fù)。本文提出的串并復(fù)用流水線結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)化后易于擴展的預(yù)處理模塊和優(yōu)化后高效的離散小波變換模塊，位平面編碼模塊和算術(shù)編碼模塊分別采用文獻[7]和文獻[10]的結(jié)構(gòu)，最終形成圖像無損壓縮IP核。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3357643