JPEG2000編碼器晶片設計之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	吳秉勳 Ping-Hsun Wu
論文名稱：	JPEG2000編碼器晶片設計之研究 The Research on Chip Implementation of JPEG2000 Tier-1 Encoder
指導教授：	陳永昌 Yung-Chang Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2002
畢業學年度：	90
語文別：	中文
論文頁數：	55
中文關鍵詞：	JPEG2000 、EBCOT 、MQ coder
外文關鍵詞：	JPEG2000, EBCOT, MQ coder
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JPEG2000是目前最先進的靜態影像壓縮規格，它擁有幾個具代表性的特色，包括：有損及無損壓縮方式，以不同的解析度和影像大小作漸進式傳輸，有興趣區域編碼以及較高的低位元速率效能。
本論文針對JPEG2000的編碼器(EBCOT Tier-1)作研究，包含位元平面編碼以及算數編碼兩部分，由於此編碼器時間複雜度較高，是JPEG2000系統中最關鍵性的元件，我們針對這兩個主要的元件分別提出有效率的運算架構。

在位元平面編碼方面，由於運算是針對每個位元平面上面的每個位元作處理，每個位元平面都必須經過三次掃描，但是每個位元只會再其中一次掃描中作編碼的動作，因此會浪費很多不必要的運算時間，為了加快運算速度，我們採用一個平行處理的編碼架構，在一個時間週期內處理四個位元，如此一來，就不浪費任何時間在不需要編碼的位元上面，我們還提出一個有效率的的記憶體架構來儲存編碼時會用到的狀態變數以及相關資料。在算數編碼方面，我們採用在一個時間週期內處理兩個符號的方法來增加編碼器的吞吐量，實驗結果顯示，大約有百分之20的機會可以一起處理兩個符號，大幅減少運算時間。

最後，我們利用Verilog硬體描述語言描述我們的架構，並且使用Synopsys Design Compiler進行邏輯合成，經過比較合成前後的模擬結果，發現結果相同，證實此設計是正確而且可行的一種方式。

Abstract  I
Content   II

List of Figures IV

List of Tables VI

Chapter 1: Introduction 1

1 Background  1

2 JPEG2000 system and motivation 2

3 Thesis organization 4

Chapter 2: Coefficient-bit Modeling 5

1 Introduction 5

2 Block Coding in EBCOT 6

2.1 Concepts 6

2.2 Four types of context formation 7

2.3 Fractional bit-plane coding : 3 coding passes 13

Chapter 3: VLSI Architecture for Coefficient Bits 15

1 Overview  15

2 Memory arrangement 16

3 Pass decision module 19

4 Design of the four context formation units 21

5 Context output module 23

6 Architecture of the coefficient-bit modeling module 23

Chapter 4: Arithmetic Coding 26

1 Overview 26

2 Concepts of arithmetic coding 26

3 The algorithm of MQ coding 27

3.1 Coding conventions 27

3.2 Register structure 29

3.3 The ENCODER procedure 29

3.4 The ENCODE procedure 30

3.5 The CODELPS procedure 30

3.6 The CODEMPS procedure 31

3.7 Probability estimation 32

3.8 The Renormalization procedure 34

3.9 The BYTEOUT procedure 34

3.10 The INITENC procedure 35

3.11 The FLUSH procedure 36

4 Concurrent MQ symbol processing 36

Chapter 5: VLSI Architecture of the MQ Coder 38

1 Overview 38

2 Pipelined MQ coder 38

3 Architecture of the MQ Coder 38

3.1 Coding unit 40

3.2 Probability estimator 42

3.3 MQ coder controller 43

Chapter 6: System Integration and Experimental Results 47

1 System integration 47

2 Experimental result 48

3 System Specification 51

Chapter 7: Conclusion 52

Reference

[1] JPEG2000 Part 1 Final Committee Draft Version 1.0, ISO/IEC JTC1/SC29/WG1 N1646R.
[2] A. N. Skodras, C. A. Christopoulos and T. Ebrahimi, “JPEG2000: The upcoming still image compression standard,” Proceeding of the 11th Portuguese Conference on Pattern Recognition, pp.359-366, May 2000.
[3] M. J. Gormish, D. Lee and M. W. Marcellin, “JPEG 2000: Overview, Architecture, and Applications,” Ricoh California research center.
[4] Charilaos Christopoulos, Joel Askelöf and Mathias Larsson, “Efficient Methods for Encoding Regions of Interest in the Upcoming JPEG2000 Still Image Coding Standard”, IEEE Signal Processing Letters, Vol. 7, No. 9, pp.247-249, September 2000
[5] D. Taubman, “EBCOT: Embedded Block Coding with Optimized Truncation,” ISO/IEC JTC1/SC29/WG1 N1020R, Oct. 1998.
[6] D. Taubman, “High Performance Scalable Image Compression with EBCOT,” IEEE Trans. Image Processing, vol.9, no.7, pp. 1158-1170, July 2000.
[7] D. Taubman, E. Ordentlich and M. Weinberger, “Embedded block coding in JPEG2000,” Proc. of IEEE International conference on image processing, vol.2, pp. 33-36, Sep. 2000
[8] Daubechies, I. and W. Sweldens., ”FACTORING WAVELET TRANSFORMS INTO LIFTING STEPS”, .J. Fourier Anal. Appl., Vol. 4, Nr. 3, 1998, preprint.
[9] Sweldens, W., ”THE LIFTING SCHEME: A CONSTRUCTION OF SECOND GENERATION WAVELETS”, Siam J. Math. Anal, Vol. 29, No. 2 (1997). Preprint, 1996.
[10] Chung-Jr Lian, Kuan-Fu Chen, Hong-Hui Chen, and Liang-Gee Chen,” Lifting Based Discrete Wavelet Transform Architecture for JPEG2000”, Circuits and Systems, 2001. ISCAS 2001. The 2001 IEEE International Symposium on , Volume: 2 , 2001, Page(s): 445 -448 vol. 2
[11] Kuan-Fu Chen, Chung-Jr Lian and Hong-Hui Chen, Liang-Gee Chen, “Analysis and Architecture Design of EBCOT for JPEG-2000”, VLSI Technology, Systems, and Applications, 2001. Proceedings of Technical Papers. 2001 International Symposium on, 2001, Page(s): 180 –183
[12] Yu-Tzung Hu, Jer-Min Jou, “System Design and Chip Implementation of JPEG2000 Still Image Compression Coder”, Master Degree thesis, 2001, Department of Electrical Engineering, National Cheng Kung University

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