JPEG2000编码器IP核设计，包括具体算法与结构

本值都会量化为0。

4、EBCOT

量化后每个子带的小波系数，在编码之前会分成矩形的编码块。编码块的大小可以任意，但是要满足两个条件：1）编码块的宽和高都必须是2的幂次，2）块大小不能超过4096。一般选择大小为64*64。每个编码块将进行接下来的Tier-1编码，即位平面编码。

Tier1

每个位平面提供3个通道编码，根据重要性，依次是重要性传播通道、幅度细化通道、清除通道。位平面上每个元素因其不同情况，进入不同的通道进行编码。最终每个通道输出编码符号。通道数据再进过基于上下文的算术编码。

重要性传播通道的编码过程：

如果一个样本还没有被发现是重要的，并被预测为有可能是重要的，那么这个样本的重要性就在这个通道中编码成一个二进制标号。如果这个样本的确是重要的，紧接着要对它的符号进行编码，同样编码成一个二进制标号。

幅度细化通道的编码过程：

如果一个样本在之前的重要性传播通道中被发现是重要的，那么该样本的第二位将在这里被编码成一个二进制标号。

清除通道的编码过程：

清除通道按顺序每次处理一个垂直扫描列，直至样本处理完毕。如果垂直扫描的列中有4个样本通过清除通道（即全部样本），我们就要知道4个样本的所有重要性信息，而且如果4个样本都被预测为不重要的话，我们就要进入一个特殊的模式：集合模式（aggregation mode，就是行程编码）。在这个模式里，要记录在垂直列上的最前面几个不重要样本的个数。因此，在这个垂直列上的重要性信息在这个模式上将不被记录，列中剩下的样本将像重要性传播过程那样来编码。

Tier2

在Tier-2中，编码通道的数据将被打包成数据包，这些数据包随后输出成最终的代码流。如果保留所有的编码数据，就是无失真压缩。为了满足一定的压缩比，会截断一些不重要的通道数据，为了达到不同的渐进传输方式，打包的顺序也会不同。

码率的伸展是通过（质量）层来实现。每个切片的编码后数据都被分成L层，那些包含了最重要信息的编码通道数据被放在低层中，而那些包含了更多细节的编码通道数据被放在更高的层中。通过解码，重构出来的图像质量通过每一个层数据的叠加来提升。率控制机制就必须决定哪些层包含哪些通道数据。率控制依靠编码器预先计算出的每个通道对于码率的贡献，和每个通道相关的失真率，选择那些能降低失真的通道，直到数据量达到预先要求。

5、编码流结构和文件结构

为了对图像的编码后数据做一个规范，编码后的数据要组织成一个代码流，包括主文件头、切片文件头、切片主体、主尾部记录这几部分。

一个代码流提供了解码图像时所需要的最基本信息，我们还需要知道图像的其他信息（如版权、产地等）。为了以上的数据能被显示出来，编码器需要一个额外的文件格式。文件结构由不同等级的属性框组合而成。

五、硬件实现

5.1 目前几款主流JPEG2000编码器实现现状

JPEG2000的特性包括：

有损和无损压缩

图像片大小（Tile Size）

硬件资源占用

像素深度

DWT滤波器类型（5/3 或9/7）

感兴趣区域选择（ROI）

码率控制方案

码块大小（CodeBlock Szie）

表一介绍了几款JPEG2000编码器的特性：

表一 4款JPEG2000编码器的参数

5.2 本项目实施方案

1、通过已有的JPEG2000编码器的实现来看，该IP核设计规模较大，以Barco Silex的BA112JPEG2000E（编码器IP核）的资料来看（见下表），使用Xilinx XC2VP30-6实现设计，使用了13056个Slices，两个时钟（101MHz和80MHz），66个RAMB16，2个DSP blocks。因此本项目希望申请XUPV5-LX110T作为硬件开发平台，并且开发板上丰富的外设资源，为设计成果的验证提供了很好的支持。举例来讲，待设计完成可以搭建如下的测试方案：数字CCD摄像头将图像采入，在MCU的控制下传入FPGA，在Contoller的控制下，裁剪、填充、色度变换后存入SDRAM里缓存，再依次读入JPEG2000 Encoder处理，编码后结果由MCU控制下通过USB控制器传入PC机分析。

表二 BA112JPEG2000E的技术参数

2、方案初步决定由利用Xilinx提供的免费IP编写部分模块，加快设计的进度。但由于IP核的Verilog或VHDL代码不开源，考虑可移植性，若时间充裕逐步重新编写该部分编写的模块。根据现有的软件条件，拟用C语言和Matlab做算法仿真，ModelSim软件做功能仿真及时序仿真。

5.3 DWT部分的硬件结构

经过这段时间的调用，阅读文献，决定采用"High-Speed VLSI Implementation of 2-D Discrete Wavelet Transform"，Chao Cheng and Keshab K. Parhi文中描述的