视频编码应用的JPEG2000压缩算法实现

传统Huffman编码采取依次对每个系数进行熵编码的方式；JPEG2000编码系统则是将小波变换后的子带划分成小的码块，并将码块中的小波系数组织 成若干位平面进行编码。以"位平面"为编码元，有两点好处：可以更好地利用图像局部的统计特性，为随机获取图像压缩位流提供支持；有助于提高压缩码流的抗 误码性能。在进行块编码时，JPEG2000强调多截断点的支持，截断点越多，表明图像可提供更多的质量选择。如果对每个码块仅进行位平面编码，那么对于 数据最高位数为N的块，最多可得到N个截断点。很多时候这种截断是粗糙的而且截断点数目过少。为了获得更多的截断点，EBCOT引入"编码通道"的概念， 将每个位平面进一步分成子位平面（编码通道）。在JPEG2000编码系统中使用三个编码通道：有效性通道、幅度细化通道和清除通道。这样对某个码块Bi 来说，可能的截断点可以有3N个。进行位平面编码时，JPEG2000采用的是快速自适应二进制算术编码。

　　算法实现第二阶段：

　　编写JPEG2000汇编代码，并抽出对性能影响比较大的代码段进一步优化。TMS320C67l3基于TI的VLIW技术，利用VLIW结构设计程序可 以充分利用DSP多个功能单元并行工作的特性。DSP的每一个通道都有四个功能单元（L、S、M、D），每个功能单元负责完成一定的逻辑或者算术运算，另 外A、B两个通道的互访可以通过交叉单元1x、2x完成。TM320C6713的大部分指令都可在单周期内完成，可以直接对8/16/32位数据进行操 作。同时，它最多可以有8条指令并行执行；所有指令均可条件执行。

　　以上所有特点提高了指令的执行效率、减小了代码长度、提高了编码效率。C6713只有两个D单元负责数据存取，在一个时钟周期中最多有两条数据存取指令并 行执行，并且从存储区取数据的LDB/LDH/LDW指令有4个时钟周期的延时，严重影响了CPU的效率。为此在编码时应尽量减少从存储区中取数据的次 数。 例如在小波变换中，我们在对SRAM里的8位采样值数据进行取操作（LDB）时，可以充分利用C6713的32位寄存器，一次从存储区中取地址相邻的4个 8位数（用32位操作指令LDW），然后分别进行运算，这样就充分利用了CPU的资源，减少了4倍的数据存取量。流水线操作是DSP实现高速度、高效率的 关键技术之一。当一条指令的处理已经准备好后到流水线的下一级，但是那一级却还没有准备接收新的输入时，流水线冲突就不可避免。

　　流水线冲突可以分为三大类：跳转冲突、寄存器冲突和存储器冲突。为解决流水线冲突问题，在使用汇编语言时需要特别注意C6000指令的延迟情况，有些指令 并不是立刻就能得到结果。此外，为了保证代码效率，必须提前知道每一条指令的运行周期数，并提前安排该指令或重新调整指令顺序。只有尽量将这些指令的前后 指令放在它们所需的延迟间隙内并行执行，才能达到减少等待周期、提高程序效率的效果。经过C语言模拟算法到全汇编实现的优化，然后再对汇编代码进行优化， 使得系统的性能大大提高。

　　基站的设计

　　PC基站主要由蓝牙接收和上位机JPEG2000解码两个部分组成，其原理如图2所示。而上位机解压软件主要包括LM9627传感器设置和图像采集控制， 前者主要发送从地址和设置值给终端，终端通过 设置LM9627；后者控制系统的图像采集分辨率和压缩比。

　　图2 基站设计

　　测试结果主观图像质量比较由于采取了上述技术，理论上JPEG2000应提供更好的性能和更多的功能，下面通过几组对比数据加以验证。用作参考的JPEG算法是当前业界硬件平台上使用最广泛的压缩算法，测试图片为24位真彩色lenna图。

　　实验采用的压缩性能度量是峰值信噪比（PSNR）：PSNR反映的是图像信噪比变化情况的统计平均，它是目前广泛应用的衡量图像主观质量的方法。由表1的 数据可以得出以下结论：在较高压缩比率情况下，JPEG2000的信噪比均高出JPEG 6~9dB；在高分辨率情况下，JPEG2000的信噪比值下降度低于码率下降度，这意味着，分辨率越高，越能体现JPEG2000的高压缩比性能。当信 噪比低于26dB时，JPEG的重构图由于严重的马赛克效应已经无法分辨，而此时的JPEG2000重构图像虽然在细节部分已经有所损失，但是图像轮廓仍 旧比较明晰。表中"—"表示此时图像质量已经很低，计算的PSNR值不再具有实际意义。系统处理速度本系统在系统控制主板DSP—VC5402的控制下， 让两块图像处理子板稳定可靠地并行工作，具体测试结果如表2所示。

　　结语

本系统以低成本实现了高质量的图像压缩功能，具有广泛的应用价值。主要应用领域可概略分成两部分：一为传统的JPEG市场，