基于ＤＳＰ的ＪＰＥＧ圖像壓縮算法的研究

摘要：本文討論了JPEG2000的相關(guān)核心算法，它是基于EBCOT算法，使用DWT，采用兩層編碼策略，能夠獲得較好的壓縮率。

關(guān)鍵詞：JPEG2000 圖像壓縮 DSP

1 JPEG2000壓縮算法的原理

1.1特點(diǎn)

JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)融合了許多新的數(shù)字圖像壓縮編碼技術(shù)，如小波變換等。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，彩色傳真，移動(dòng)通信和電子商務(wù)等諸多領(lǐng)域都表現(xiàn)出更好性能。主要特性有：低比特率時(shí)的良好表現(xiàn)性能、有損和無(wú)損壓縮、對(duì)興趣區(qū)(ROI)的編碼，碼流的隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)和處理、開(kāi)放的架構(gòu)和更高的安全性。

1.2 JPEG2000基本結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容

JPEG2000的核心部分一圖像編碼系統(tǒng)，它是基于EBCOT(Embedcd block coding with Optimized Truncation)算法，使用DWT，采用兩層編碼策略，對(duì)壓縮位流分層組織，不僅獲得較好的壓縮率，而且壓縮碼流具有較大的靈活性。在編碼時(shí)，首先源圖像進(jìn)行DC位移、DWT和量化，將量化的小波系數(shù)劃分成小的數(shù)據(jù)單元一碼塊，對(duì)每個(gè)碼塊進(jìn)行獨(dú)立的嵌入式編碼，編碼后的位流按照速率失真最優(yōu)原則分層組織，形成不同質(zhì)量的兩層，對(duì)每一層按照一定的碼流格式打包，輸出壓縮碼流。彩色靜態(tài)畫(huà)面采用JPEG，二值圖像采用JBIG，低壓縮率采用JPEGLS，多種方式同時(shí)存在，而JPEG2000將上述方式統(tǒng)一起來(lái)，成為對(duì)應(yīng)各種圖像的通用編碼方式。

2 DSP實(shí)現(xiàn)JPEG2000壓縮系統(tǒng)分析

2.1 JPEG2000算法結(jié)構(gòu)

我們假設(shè)輸入到JPEG2000編碼器的原始數(shù)據(jù)是符合CCIR656標(biāo)準(zhǔn)的YUV數(shù)據(jù)。首先分別對(duì)DC位移后的Y、U、V三分量進(jìn)行離散小波變換，將變換后的小波系數(shù)劃分成小的數(shù)據(jù)單元一碼塊，對(duì)每個(gè)碼塊進(jìn)行獨(dú)立的嵌入式編碼一位平面算術(shù)編碼。經(jīng)算術(shù)編碼后得到碼塊編碼位流，將其按照一定的率失真要求裁成不同長(zhǎng)度的位流段。并將截?cái)帱c(diǎn)和失真值以壓縮的形式同碼塊位流保存在一起，形成碼塊的嵌入式壓縮位流。然后，將得到的所有碼塊的嵌入式位流，按照率失真最優(yōu)原則分層組織，形成不同質(zhì)量的層。對(duì)每一層，按照一定的碼流格式打包，輸出得到壓縮碼流。

2.2 DSP的選擇

用于實(shí)現(xiàn)JPEG2000編碼器的DSP應(yīng)該具備三個(gè)方面的特點(diǎn)：價(jià)格合理；處理速度較快，開(kāi)發(fā)方便。能夠同時(shí)滿(mǎn)足這三個(gè)方面需要的即為C5000系列DSP莫屬，具有128KW高速片內(nèi)RAM、160M IPS指令執(zhí)行速度(百萬(wàn)條指令／每秒)，8M程序空間的TMS320VC5416是最好的選擇。

2.3 JPEG2000編碼程序

針對(duì)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，在對(duì)DSP的編程中，采用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言結(jié)合使用，核心算法都是用匯編實(shí)現(xiàn)的。TI公司提供的C語(yǔ)言編譯器支持標(biāo)準(zhǔn)化的ANSI C，做了許多優(yōu)化以提高編譯代碼的效率，使之接近匯編語(yǔ)言的效率。采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程必須遵從他們之間的接口規(guī)范。首先要遵循命名規(guī)范，其次要符合寄存器使用規(guī)則，還有就是C編譯器定義了嚴(yán)格的函數(shù)調(diào)用規(guī)則。軟件程序必須放在永久性程序存儲(chǔ)器中，充當(dāng)存儲(chǔ)器的是一片型號(hào)為AT29LV020的FLASH。

JPEG2000的DSP實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)主要在算法上，主要完成幾個(gè)步驟：首先，系統(tǒng)初始化上電自舉，啟動(dòng)FLASH中的源程序，初始化硬件設(shè)備。初始化完成后。傳輸一副完整的源圖像，判斷圖像是否傳輸完畢，接著從CF卡中讀出源圖像，對(duì)源圖像進(jìn)行JPEG2000壓縮，然后再把壓縮的圖像放入幀存，通過(guò)幀存?zhèn)鬏敵鋈?，接著進(jìn)行下一幅圖像的壓縮。

2.4性能分析

試驗(yàn)結(jié)果表明在不同的壓縮率下本系統(tǒng)都保持著良好的信噪比，特別是在無(wú)損壓縮的情況下壓縮率可以達(dá)到4:1。整個(gè)圖片在高壓縮率下，更加突出了JPEG2000的優(yōu)點(diǎn)，比如50:1的情況時(shí)，其峰值信噪比可以達(dá)到32dB，主觀(guān)比較圓滑，平滑，輪廓清晰。本模塊的壓縮速度可以達(dá)到每秒十幀以上?；旧峡梢詽M(mǎn)足場(chǎng)外監(jiān)控系統(tǒng)的需要。

3 結(jié)論

JPEG2000是新一代數(shù)字圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，本文介紹了一種基于DSP的JPEG2000的硬件壓縮方法，在方法的選擇上，用到了JPEG2000的核心系統(tǒng)，由于本系統(tǒng)體積小，主要適用于一些野外圖像采集，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等需要連續(xù)傳輸高清晰圖像場(chǎng)合的使用。