專利名稱：一種jpeg2000流水線算術(shù)編碼方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法和電路，屬圖像壓縮技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
JPEG2000是最新一代的靜態(tài)圖像編碼算法，由ISO標(biāo)準(zhǔn)化組織正式命名為IS015444, 已經(jīng)被應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)、圖像傳真等多個(gè)領(lǐng)域。JPEG2000采用以DWT變換為主的多分辨率編 碼，同時(shí)，采用EBCOT (Embedded Block Coder with Optimized Truncation),即優(yōu)化截 斷的嵌入式塊編碼算法以滿足分辨率可伸縮性、質(zhì)量可伸縮性、隨機(jī)訪問及處理等要求。
JPEG2000中EBCOT Tier-1對(duì)小波系數(shù)的編碼由位平面編碼和算術(shù)編碼器兩部分組成。 該算術(shù)編碼是一種熵編碼，它依賴于編碼的某些"特征"(也就是下面提到的"上下文")。 位平面編碼為算術(shù)編碼器提供輸入上下文(CX)和待壓縮數(shù)據(jù)(D)。所以該算術(shù)編碼器又稱 為基于上下文的二進(jìn)制算術(shù)編碼，其總體編碼流程為首先根據(jù)上下文標(biāo)記CX在上下文表 中査找出該上下文對(duì)應(yīng)的小概率符號(hào)的概率索引Index和大概率符號(hào)MPS (可能為O或者 1)，然后利用該概率索引在概率估計(jì)表中查找出對(duì)應(yīng)的LPS的概率Qe，接下來根據(jù)D是否 為MPS以及Qe的值進(jìn)行編碼，生成壓縮比特流。
JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了算術(shù)編碼器實(shí)現(xiàn)的流程，由于標(biāo)準(zhǔn)中所提供的流程是串行執(zhí)行 的，更加適合軟件實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行速度相對(duì)較慢。在用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)流程需要多個(gè)周期 才能編碼一個(gè)數(shù)據(jù)，效率低下?，F(xiàn)行的算術(shù)編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，雖然在高速實(shí)時(shí)處理要求上 達(dá)到一定要求；同時(shí)由于算法本身的復(fù)雜性，其在資源使用上消耗較多，成本較高。如公開 號(hào)為CN1675842、名稱為'算術(shù)編碼的方法和設(shè)備'的申請(qǐng)專利即為此例。有的雖然進(jìn)行了 局部優(yōu)化，但并未給出整體解決方法，公開號(hào)為CN1953548、名稱為'加快算術(shù)編碼處理速 度的系統(tǒng)及其方法'的申請(qǐng)專利即屬于此種情況。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法和 電路，以解決高速實(shí)時(shí)圖像壓縮過程中出現(xiàn)的問題。
一種JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法，經(jīng)過四級(jí)流水線完成算術(shù)編碼，其特征在于步驟 如下
1、 第一級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前上下文CX下，待壓縮數(shù)據(jù)D的概率估計(jì)值的査詢和更新， 其輸入為上下文CX、待壓縮數(shù)據(jù)D和重整化信號(hào)Renorm;上下文CX査詢CX狀態(tài)表得到概 率估計(jì)表索引Index和大概率符號(hào)卿s,它們分別用來讀取概率估計(jì)表和判斷下一階段進(jìn)行 大概率編碼或者小概率編碼；重整化信號(hào)Renorm則用來標(biāo)識(shí)是否對(duì)上下文狀態(tài)表進(jìn)行更 新；對(duì)于連續(xù)輸入相同上下文CX的情況，需對(duì)CX用一個(gè)寄存器延時(shí)一周期，如果第一個(gè) CX引發(fā)重整化(產(chǎn)生信號(hào)Renorm)，那么索引直接通過多路選擇器把更新的下一狀態(tài)送到概 率估計(jì)表，不再去讀CX狀態(tài)表；CX狀態(tài)表則依舊進(jìn)行更新；本級(jí)流水線對(duì)外輸出概率估計(jì) 值Qe和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)即s一sel。
2、 第二級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)間隔寄存器A的更新，其輸入為概率估計(jì)值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ 和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)raps一sel;如果是小概率 符號(hào)，則A:Qe;否則A二A-Qe;在編碼過程中，如果間隔寄存器A小于0x8000，則需要進(jìn)行 重整化(Renormalize)操作，同時(shí)輸出重整化信號(hào)Renorm，以更新上下文狀態(tài)表，保證概率間隔大于或者等于0x8000;本級(jí)流水線對(duì)外輸出重整化信號(hào)Renorm。
3、 第三級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)編碼寄存器C的更新，其輸入為概率估計(jì)值Qe和判斷帶壓縮數(shù) 據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps—sel;它需要與間隔寄存器A進(jìn)行同 步的重整化(Renormalize)操作，如果是小概率符號(hào)，則C保持不變；否則C-C+Qe;本級(jí) 流水線對(duì)外輸出數(shù)據(jù)C—result值。
4、 第四級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)字節(jié)提取和輸出，當(dāng)C寄存器移位值大于等于27時(shí)，需要輸出 兩個(gè)字節(jié)0utR 0u比如果0utH或者0utL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符'0' 到剩余字符中；當(dāng)C寄存器移位值小于27大于等于19時(shí)，需要輸出一個(gè)字節(jié)0utL，如果 OutL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符'0'到剩余字符中；當(dāng)C寄存器移位值 小于19時(shí)無字節(jié)輸出。本模塊對(duì)外輸出編碼字節(jié)OutL和(或)0utH。
一種上述JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法所使用的電路，包括上下文狀態(tài)表查詢更新模 塊、概率估計(jì)查詢模塊、A寄存器更新模塊、C寄存器更新模塊和字節(jié)輸出模塊，其中以上 下文狀態(tài)表査詢更新模塊與概率估計(jì)査詢模塊為主組成第一級(jí)流水線電路以A寄存器更新 模塊、C寄存器更新模塊和字節(jié)輸出模塊為主依次分別構(gòu)成第二、三、四級(jí)流水線電路，其 特征在于四級(jí)流水線電路依次相連接，即上下文狀態(tài)表査詢更新模塊與概率估計(jì)査詢模塊連 接，概率估計(jì)査詢模塊與A寄存器更新模塊連接，A寄存器更新模塊和C寄存器更新模塊連 接，C寄存器更新模塊連接字節(jié)輸出模塊，且A寄存器更新模塊與上下文更新模塊連接。
所述的第一級(jí)流水線電路還包括數(shù)據(jù)選擇器M1和M2、數(shù)據(jù)比較器、寄存器、異或運(yùn)算 器和與運(yùn)算器，其中上下文狀態(tài)表查詢更新模塊包括上下文狀態(tài)表；概率估計(jì)査詢模塊包括 概率估計(jì)表；本級(jí)流水線輸入為上下文CX、待壓縮數(shù)據(jù)D和重整化信號(hào)Renorm;上下文狀 態(tài)表輸入數(shù)據(jù)為上下文CX、重整化信號(hào)RenoniK寄存器輸出端和數(shù)據(jù)選擇器M2輸出端，輸 出分別連接異或運(yùn)算器和數(shù)據(jù)選擇器Ml輸入端；待壓縮數(shù)據(jù)D與上下文狀態(tài)表査詢更新模 塊的輸出大概率符號(hào)Mps連接到異或運(yùn)算器作為輸入輸出端作為本級(jí)流水線輸出卿s—set 數(shù)據(jù)選擇器M1輸入端接上下文狀態(tài)表輸出的概率估計(jì)表索引Index、與運(yùn)算器輸出端和數(shù) 據(jù)選擇器M2的輸出端；概率估計(jì)表輸入端接數(shù)據(jù)選擇器M1的輸出端，輸出端接數(shù)據(jù)選擇器 M2的輸入和作為本級(jí)流水線的輸出Qe， LZ;數(shù)據(jù)比較器輸入接上下文CX和寄存器輸出端， 輸出端接與運(yùn)算器；與運(yùn)算器輸入端接數(shù)據(jù)比較器輸出和重整化信號(hào)Renorm,輸出端接數(shù) 據(jù)選擇器M1。本模塊對(duì)第二級(jí)流水線輸出概率值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否 為小概率符號(hào)所得的mps—sel。
所述上下文狀態(tài)表是用19*8的RAM實(shí)現(xiàn)的上下文CX為RAM讀地址、重整化信號(hào)Renorm 為RAM寫使能信號(hào)、寄存器輸出端為RAM寫地址、數(shù)據(jù)選擇器M2輸出端為RAM數(shù)據(jù)輸入端， 異或運(yùn)算器和數(shù)據(jù)選擇器Ml輸入端為RAM數(shù)據(jù)輸出端。
所述概率估計(jì)表是用47*40的ROM實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)選擇器M1的輸出端為R0M地址，數(shù)據(jù) 選擇器M2的輸入和本級(jí)流水線的輸出Qe， LZ均為ROM輸出數(shù)據(jù)。
所述第二級(jí)流水線電路包括異或運(yùn)算器、減法器模塊S1和S2、倍乘模塊、前導(dǎo)零檢測(cè) 模塊、反相器、數(shù)據(jù)選擇器和桶形移位寄存器；本級(jí)流水線輸入為水線輸出概率值Qe、前 導(dǎo)零數(shù)LZ和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mPs_Sel;異 或運(yùn)算器輸入端接小概率符號(hào)選擇信號(hào)mpS_Sel和減法器模塊SI的輸出端，異或運(yùn)算器輸 出端接數(shù)據(jù)選擇器的輸入端和作為本級(jí)流水線的輸出區(qū)間選擇信號(hào)flag—sel;減法器模塊 SI輸入端為倍乘模塊(其輸入端為概率值Qe)輸出端和A寄存器輸出端，減法器模塊SI輸出端為異或運(yùn)算器輸入端;減法器模塊S2輸入端為A寄存器輸出端和概率值Qe，輸出端連 接數(shù)據(jù)選擇^;數(shù)據(jù)選擇器輸入端為概率值Qe^減法器模塊S2輸出端和異或運(yùn)算器輸出端， 數(shù)據(jù)選擇器輸出端連接前導(dǎo)零檢測(cè)模塊、反相器和桶形移位寄存器；前導(dǎo)零檢測(cè)模塊輸入端 為數(shù)據(jù)選擇器輸出端最高兩位、前導(dǎo)零數(shù)LZ、小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps一sel，輸出端接桶形 移位寄存器輸入端和本級(jí)流水線的輸出移位數(shù)值Nshif t;反相器輸入端為數(shù)據(jù)選擇器輸出 端最高位，輸出端為重整化信號(hào)Renorm;桶形移位寄存器輸入端為數(shù)據(jù)選擇器輸出端、前 導(dǎo)零檢測(cè)模塊輸出端，桶形移位寄存器輸出端接寄存器A輸入端。本級(jí)流水線對(duì)第一級(jí)流水 線輸出重整化信號(hào)Renonn,對(duì)后面的流水線輸出區(qū)間交換選擇信號(hào)flag一sel和移位數(shù)值 Nshift。
所述倍乘模塊為一位左移移位寄存器。
所述前導(dǎo)零檢測(cè)模塊是由數(shù)據(jù)選擇器和解碼器組成。解碼器輸入端接數(shù)據(jù)選擇器輸出端 最高兩位，解碼器輸出端接數(shù)據(jù)選擇器輸入端；數(shù)據(jù)選擇器輸入接前導(dǎo)零數(shù)LZ、判斷信號(hào) mps—sel和解碼器輸出端，數(shù)據(jù)選擇器輸出端即本模塊輸出端。
所述桶形移位寄存器是由組合邏輯組成的可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速移位的寄存器。
所述的第三級(jí)流水線電路包括C寄存器更新模塊實(shí)現(xiàn)寄存器C的更新，其電路結(jié)構(gòu)與第 二級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)相同。用區(qū)間選擇信號(hào)flag—sel通過多路選擇器對(duì)需要移位運(yùn)算的數(shù) 值進(jìn)行選擇，送到桶形移位寄存器，對(duì)C進(jìn)行移位。移位數(shù)值為第二級(jí)流水線所送更新值 Nshift。本模塊需要對(duì)第四級(jí)流水線輸出寄存器C—result值。
所述的第四級(jí)流水線還包括加法器模塊A1和A2、掩碼模塊、計(jì)數(shù)器、桶形移位寄存器 模塊、減法器模塊和字節(jié)提取模塊；掩碼模塊輸入端為C一result和移位數(shù)值Nshift，輸出 端接桶形移位寄存器輸入端；加法器模塊Al輸入端為移位數(shù)值Nshift,輸出端接減法器模 塊輸入端；加法器模塊A2輸入端接寄存器模塊輸出端和桶形移位寄存器輸出端，加法器模 塊A2輸出端接字節(jié)輸出模塊；桶形移位寄存器輸入端接掩碼模塊輸出端和計(jì)數(shù)器輸出端； 減法器模塊輸入端接加法器Al和字節(jié)提取模塊輸出端，減法器模塊輸出端接計(jì)數(shù)器輸入 端；計(jì)數(shù)器輸入端接減法器輸出端，計(jì)數(shù)器輸出端接加法器模塊A1輸入端和桶形移位寄存 器模塊輸入端；字節(jié)提取模塊輸入端接加法器模塊A1輸出端和加法器模塊A2輸出端，字節(jié) 提取模塊輸出端接減法器模塊輸入端、寄存器輸入端以及本級(jí)流水線輸出0utL、 0utH。
所述掩碼模塊即只取最高Nshift位，對(duì)剩余低位數(shù)據(jù)進(jìn)行屏蔽。C—result和高Nshift 位為1剩余位為0的數(shù)據(jù)相與得到。
所述字節(jié)輸出模塊由數(shù)據(jù)比較器Cl和C2、字節(jié)輸出控制模塊組成。數(shù)據(jù)比較器Cl輸 入端接加法器模塊A1輸出端和數(shù)字27，輸出端接字節(jié)輸出控制模塊輸入端；數(shù)據(jù)比較器C2 輸入端接加法器模塊A1輸出端和數(shù)字19，輸出端接字節(jié)輸出控制模塊輸入端。當(dāng)CT值大 于等于27時(shí)，需要輸出兩個(gè)字節(jié)0utH、 0utL，如果0utH或奢0utL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需 要在該字節(jié)后插入字符'0'到剩余字符中；當(dāng)CT小于27大于等于19時(shí)，需要輸出一個(gè)字 節(jié)0u比，如果0utL字節(jié)于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符'0'到剩余字符中；當(dāng)CT 小于19時(shí)無字節(jié)輸出。本模塊對(duì)外輸出編碼字節(jié)OutL和(或)0utH。
上述電路中上下文狀態(tài)表查詢更新模塊與概率估計(jì)查詢模塊組成了第一級(jí)流水線，A寄 存器更新模塊組成第二級(jí)流水線、C寄存器更新模塊組成第三級(jí)流水線，字節(jié)輸出模塊等組 成第四級(jí)流水線。該方法對(duì)JPEG2000中的標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行了化簡和改進(jìn)，以更適合硬件電路 實(shí)現(xiàn)。提出了組合邏輯和査找表結(jié)合的方式進(jìn)行連續(xù)CX狀態(tài)下的超前更新邏輯和A寄存器
6前導(dǎo)零位檢測(cè)電路，解決了上下文(CX)狀態(tài)表更新、歸一化及字節(jié)輸出等過程中的問題，提 高了編碼效率。同時(shí)，對(duì)多個(gè)關(guān)鍵路徑的算法進(jìn)行了優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的工作頻率。本發(fā)明 適用于高速JPEG2000圖像壓縮系統(tǒng)中。 本發(fā)明的有益效果是
1、 本發(fā)明提出了組合邏輯和査找表結(jié)合的方式進(jìn)行連續(xù)CX狀態(tài)下的超前更新邏輯、A 寄存器前導(dǎo)零位檢測(cè)電路，并使用字節(jié)輸出緩沖技術(shù)，使字節(jié)輸出在一個(gè)周期內(nèi)完成。縮短 了關(guān)鍵路徑的延時(shí)，提高了編碼效率。
2、 本發(fā)明適應(yīng)了圖像壓縮高速數(shù)據(jù)率的應(yīng)用場合，可以工作在較高的頻率上，通過在 AlteraEP2C35F系列的FPGA實(shí)現(xiàn)，可以得到該模塊可以工作在112MHz的頻率上，可以滿足 高速工作的需求。
3、 本發(fā)明設(shè)計(jì)改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)雜的邏輯判斷，對(duì)具體電路進(jìn)行了化簡，使得電路結(jié)構(gòu) 簡單，占用面積較少，在AlteraEP2C35F系列的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明，本裝置只占用了該 FPGA33216個(gè)LE中的536個(gè)，存儲(chǔ)資源33216字節(jié)中的1728個(gè)字節(jié)。 (四)說明書附圖
圖l是算術(shù)編碼電路框圖。
其中，1、上下文狀態(tài)表查詢更新模塊2、概率估計(jì)査詢模塊；3、 A寄存器更新模塊； 4、 C寄存器更新模塊；5、字節(jié)輸出模塊。 圖2是第一級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，6上下文狀態(tài)表查詢更新模塊；7、數(shù)據(jù)選擇器M1和M2; 8、異或運(yùn)算器；9、概 率估計(jì)査詢模塊；10、與運(yùn)算器；11、數(shù)據(jù)比較器。
圖3是第二級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)示意圖(第三級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)圖與此相同)。
其中，12、異或運(yùn)算器；13、倍乘模塊；14、減法器模塊S1和S2; 15、反相器；16、 前導(dǎo)零檢測(cè)模塊；17、桶形移位寄存器；18、數(shù)據(jù)選擇器。
圖4是第四級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，19、加法器模塊A1和A2; 20、計(jì)數(shù)器；21、掩碼模塊；22、減法器模塊；23、 字節(jié)提取模塊；24、桶形移位寄存器模塊。
圖5是本發(fā)明算術(shù)編碼方法流程框圖，其中，25-28按順序表示了該方法的各個(gè)步驟。 其中，25、第一級(jí)流水線；26、第二級(jí)流水線；27、第三級(jí)流水線；28、第四級(jí)流水線。 具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。
實(shí)施例l:(方法實(shí)施例)
一種JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法，如圖5所示，經(jīng)過四級(jí)流水線完成算術(shù)編碼，其
特征在于步驟如下
25、第一級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前上下文CX下，待壓縮數(shù)據(jù)D的概率估計(jì)值的査詢和更 新，其輸入為上下文CX、待壓縮數(shù)據(jù)D和重整化信號(hào)Renorm;上下文CX査詢CX狀態(tài)表得 到概率估計(jì)表索引Index和大概率符號(hào)卿s，它們分別用來讀取概率估計(jì)表和判斷下一階段 進(jìn)行大概率編碼或者小概率編碼；重整化信號(hào)Renorm則用來標(biāo)識(shí)是否對(duì)上下文狀態(tài)表進(jìn)行 更新；對(duì)于連續(xù)輸入相同上下文CX的情況，需對(duì)CX用一個(gè)寄存器延時(shí)一周期，如果第一個(gè) CX引發(fā)重整化(產(chǎn)生信號(hào)Renorm)，那么索引直接通過多路選擇器把更新的下一狀態(tài)送到概 率估計(jì)表，不再去讀CX狀態(tài)表；CX狀態(tài)表則依舊進(jìn)行更新；本級(jí)流水線對(duì)外輸出概率估計(jì)
7值Qe和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps—sel。
26、第二級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)間隔寄存器A的更新，其輸入為概率估計(jì)值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ 和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps—sel;如果是小概率 符號(hào)，則A-Qe;否則A二A-Qe;在編碼過程中，如果間隔寄存器A小于0x8000，則需要進(jìn)行 重整化(Renormalize)操作，同時(shí)輸出重整化信號(hào)Renorm，以更新上下文狀態(tài)表，保證概 率間隔大于或者等于0x8000。本級(jí)流水線對(duì)外輸出重整化信號(hào)Renorm。
27、第三級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)編碼寄存器C的更新，其輸入為概率估計(jì)值Qe和判斷帶壓縮數(shù) 據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps一sel;它需要與間隔寄存器A進(jìn)行同 步的重整化(Renorraalize)操作，如果是小概率符號(hào)，則C保持不變；否則OC+Qe;本級(jí) 流水線對(duì)外輸出數(shù)據(jù)C一result值。
28、第四級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)字節(jié)提取和輸出，當(dāng)C寄存器移位值大于等于27時(shí)，需要輸 出兩個(gè)字節(jié)OutH、 OutL，如果0utH或者0utL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符
<0'到剩余字符中；當(dāng)C寄存器移位值小于27大于等于19時(shí)，需要輸出一個(gè)字節(jié)0utL， 如果0utL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符'0'到剩余字符中；當(dāng)C寄存器移 位值小于19時(shí)無字節(jié)輸出。本模塊對(duì)外輸出編碼字節(jié)OutL和(或)0utH。
實(shí)施例2:(電路實(shí)施例)
一種上述JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法所使用的電路，如

圖1所示，包括上下文狀態(tài) 表查詢更新模塊l、概率估計(jì)查詢模塊2、 A寄存器更新模塊3、 C寄存器更新模塊4和字節(jié) 輸出模塊5，其中以上下文狀態(tài)表査詢更新模塊1與概率估計(jì)查詢模塊2為主組成第一級(jí)流 水線電路；以A寄存器更新模塊3、 C寄存器更新模塊4和字節(jié)輸出模塊5為主依次分別構(gòu) 成第二、三、四級(jí)流水線電路，其特征在于四級(jí)流水線電路依次相連接，即上下文狀態(tài)表査 詢更新模塊1與概率估計(jì)査詢模塊2連換概率估計(jì)查詢模塊2與A寄存器更新模塊3連接 A寄存器更新模塊3和C寄存器更新模塊4連接，C寄存器更新模塊4連接字節(jié)輸出模塊5， 且A寄存器更新模塊3與上下文更新模塊1連接。
如圖2所示，第一級(jí)流水線電路還包括數(shù)據(jù)選擇器7即Ml和M2、數(shù)據(jù)比較器11、寄存 器、異或運(yùn)算器8和與運(yùn)算器10,其中上下文狀態(tài)表查詢更新模塊6包括上下文狀態(tài)表； 概率估計(jì)查詢模塊9包括概率估計(jì)表；本級(jí)流水線輸入為上下文CX、待壓縮數(shù)據(jù)D和重整 化信號(hào)Renorin;上下文狀態(tài)表輸入數(shù)據(jù)為上下文CX、重整化信號(hào)Renorm、寄存器輸出端和 數(shù)據(jù)選擇器M2輸出端，輸出分別連接異或運(yùn)算器和數(shù)據(jù)選擇器M1輸入端；待壓縮數(shù)據(jù)D與 上下文狀態(tài)表查詢更新模塊6的輸出大概率符號(hào)Mps連接到異或運(yùn)算器8作為輸入，輸出端 作為本級(jí)流水線輸出mps—sel;數(shù)據(jù)選擇器Ml輸入端接上下文狀態(tài)表輸出的概率估計(jì)表索 引lndex、與運(yùn)算器10輸出端和數(shù)據(jù)選擇器M2的輸出端；概率估計(jì)表輸入端接數(shù)據(jù)選擇器 Ml的輸出端，輸出端接數(shù)據(jù)選擇器M2的輸入和作為本級(jí)流水線的輸出Qe， LZ;數(shù)據(jù)比較器 11輸入接上下文CX和寄存器輸出端，輸出端接與運(yùn)算器10;與運(yùn)算器10輸入端接數(shù)據(jù)比 較器ll輸出和重整化信號(hào)Renorm,輸出端接數(shù)據(jù)選擇器M1。本模塊對(duì)第二級(jí)流水線輸出概 率值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的mpS_sel。
如圖3所示，第二級(jí)流水線電路包括異或運(yùn)算器12、減法器模塊14即Sl和S2、倍乘 模塊13、前導(dǎo)零檢測(cè)模塊16、反相器15、數(shù)據(jù)選擇器18和桶形移位寄存器17;本級(jí)流水 線輸入為水線輸出概率值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps一sel;異或運(yùn)算器12輸入端接小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps一sel和減法 器模塊Sl的輸出端，異或運(yùn)算器12輸出端接數(shù)據(jù)選擇器18的輸入端和作為本級(jí)流水線的 輸出區(qū)間選擇信號(hào)flag—sel;減法器模塊S1輸入端為倍乘模塊13 (其輸入端為概率值Qe) 輸出端和A寄存器輸出端，減法器模塊S1輸出端為異或運(yùn)算器12輸入端；減法器模塊S2 輸入端為A寄存器輸出端和概率值Qe,輸出端連接數(shù)據(jù)選擇器18;數(shù)據(jù)選擇器18輸入端為 概率值Qe、減法器模塊S2輸出端和異或運(yùn)算器12輸出端，數(shù)據(jù)選擇器18輸出端連接前導(dǎo) 零檢測(cè)模塊16、反相器15和桶形移位寄存器17;前導(dǎo)零檢測(cè)模塊16輸入端為數(shù)據(jù)選擇器 18輸出端最高兩位、前導(dǎo)零數(shù)LZ、小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps—sel，輸出端接桶形移位寄存 器17輸入端和本級(jí)流水線的輸出移位數(shù)值Nshif t;反相器15輸入端為數(shù)據(jù)選擇器18輸出 端最高位，輸出端為重整化信號(hào)Renonn;桶形移位寄存器17輸入端為數(shù)據(jù)選擇器18輸出 端、前導(dǎo)零檢測(cè)模塊16輸出端，桶形移位寄存器17輸出端接寄存器A輸入端。本級(jí)流水線 對(duì)第一級(jí)流水線輸出重整化信號(hào)Renorm,對(duì)后面的流水線輸出區(qū)間選擇信號(hào)flag—sel和移 位數(shù)值Nshif t。
所述前導(dǎo)零檢測(cè)模塊16是由數(shù)據(jù)選擇器和解碼器組成，解碼器輸入端接數(shù)據(jù)選擇器輸 出端最高兩位，解碼器輸出端接數(shù)據(jù)選擇器輸入端；數(shù)據(jù)選擇器輸入接前導(dǎo)零數(shù)LZ、判斷 信號(hào)mps—sel和解碼器輸出端，數(shù)據(jù)選擇器輸出端即本模塊輸出端。
所述的第三級(jí)流水線電路包括C寄存器更新模塊4實(shí)現(xiàn)寄存器C的更新，其電路結(jié)構(gòu)與 第二級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)相同。
如圖4所示，第四級(jí)流水線還包括加法器模塊19即Al和A2、掩碼模塊21、計(jì)數(shù)器20、 桶形移位寄存器模塊24、減法器模塊22、寄存器和字節(jié)提取模塊23，掩碼模塊21輸入端 為C一result和Nshift,輸出端接桶形移位寄存器24輸入端；加法器模塊Al輸入端為 Nshift,輸出端接減法器模塊22輸入端；加法器模塊A2輸入端接寄存器輸出端和桶形移位 寄存器24輸出端，加法器模塊A2輸出端接字節(jié)提取模塊23;桶形移位寄存器24輸入端接 掩碼模塊21輸出端和計(jì)數(shù)器20輸出端；減法器模塊22輸入端接加法器Al和字節(jié)提取模塊 23輸出端，減法器模塊22輸出端接計(jì)數(shù)器20輸入端；計(jì)數(shù)器20輸入端接減法器模塊22 輸出端，計(jì)數(shù)器20輸出端接加法器模塊A1輸入端和桶形移位寄存器模塊24輸入端；字節(jié) 提取模塊23輸入端接加法器模塊Al輸出端和加法器模塊A2輸出端，字節(jié)提取模塊23輸出 端接減法器模塊22輸入端、寄存器輸入端以及本級(jí)流水線輸出OutL、 OutH。
所述字節(jié)輸出模塊由數(shù)據(jù)比較器C1和C2、字節(jié)輸出控制模塊組成，數(shù)據(jù)比較器C1輸 入端接加法器模塊A1輸出端和數(shù)字27,輸出端接字節(jié)輸出控制模塊輸入端；數(shù)據(jù)比較器C2 輸入端接加法器模塊Al輸出端和數(shù)字19，輸出端接字節(jié)輸出控制模塊輸入端。
權(quán)利要求
1、一種JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法，經(jīng)過四級(jí)流水線完成算術(shù)編碼，其特征在于步驟如下1)第一級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前上下文CX下，待壓縮數(shù)據(jù)D的概率估計(jì)值的查詢和更新，其輸入為上下文CX、待壓縮數(shù)據(jù)D和重整化信號(hào)Renorm；上下文CX查詢CX狀態(tài)表得到概率估計(jì)表索引Index和大概率符號(hào)mps，它們分別用來讀取概率估計(jì)表和判斷下一階段進(jìn)行大概率編碼或者小概率編碼；重整化信號(hào)Renorm則用來標(biāo)識(shí)是否對(duì)上下文狀態(tài)表進(jìn)行更新；對(duì)于連續(xù)輸入相同上下文CX的情況，需對(duì)CX用一個(gè)寄存器延時(shí)一周期，如果第一個(gè)CX引發(fā)重整化，產(chǎn)生信號(hào)Renorm，那么索引直接通過多路選擇器把更新的下一狀態(tài)送到概率估計(jì)表，不再去讀CX狀態(tài)表；CX狀態(tài)表則依舊進(jìn)行更新；2)第二級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)間隔寄存器A的更新，其輸入為概率估計(jì)值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ和判斷待壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps_sel；如果是小概率符號(hào)，則A＝Qe；否則A＝A-Qe；在編碼過程中，如果間隔寄存器A小于0x8000，則需要進(jìn)行重整化操作，同時(shí)輸出重整化信號(hào)Renorm，以更新上下文狀態(tài)表，保證概率間隔大于或者等于0x8000；3)第三級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)編碼寄存器C的更新，其輸入為概率估計(jì)值Qe和判斷待壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào)所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps_sel；它需要與間隔寄存器A進(jìn)行同步的重整化操作，如果是小概率符號(hào)，則C保持不變；否則C＝C+Qe；本級(jí)流水線對(duì)外輸出數(shù)據(jù)C_result值；4)第四級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)字節(jié)提取和輸出，當(dāng)C寄存器移位值大于等于27時(shí)，需要輸出兩個(gè)字節(jié)OutH、OutL，如果OutH或者OutL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符‘0’到剩余字符中；當(dāng)C寄存器移位值小于27大于等于19時(shí)，需要輸出一個(gè)字節(jié)OutL，如果OutL字節(jié)等于0xFF時(shí)，需要在該字節(jié)后插入字符‘0’到剩余字符中；當(dāng)C寄存器移位值小于19時(shí)無字節(jié)輸出。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法所使用的電路，包括上下文 狀態(tài)表查詢更新模塊、概率估計(jì)査詢模塊、A寄存器更新模塊、C寄存器更新模塊和字節(jié)輸 出模塊，其中以上下文狀態(tài)表查詢更新模塊與概率估計(jì)査詢模塊為主組成第一級(jí)流水線電 路；以A寄存器更新模塊、C寄存器更新模塊和字節(jié)輸出模塊為主依次分別構(gòu)成第二、三、 四級(jí)流水線電路，其特征在于四級(jí)流水線電路依次相連接，即上下文狀態(tài)表査詢更新模塊與 概率估計(jì)查詢模塊連接，概率估計(jì)查詢模塊與A寄存器更新模塊連接，A寄存器更新模塊和 C寄存器更新模塊連接，C寄存器更新模塊連接字節(jié)輸出模塊，且A寄存器更新模塊與上下 文更新模塊連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述的第一級(jí)流水線電路還包括數(shù)據(jù)選擇器 M1和M2、數(shù)據(jù)比較器、寄存器、異或運(yùn)算器和與運(yùn)算器，其中上下文狀態(tài)表査詢更新模塊包 括上下文狀態(tài)表；概率估計(jì)查詢模塊包括概率估計(jì)表；本級(jí)流水線輸入為上下文CX、待壓縮 數(shù)據(jù)D和重整化信號(hào)Renorm;上下文狀態(tài)表輸入數(shù)據(jù)為上下文CX、重整化信號(hào)Renorm、寄 存器輸出端和數(shù)據(jù)選擇器M2輸出端，輸出分別連接異或運(yùn)算器和數(shù)據(jù)選擇器M1輸入端；待 壓縮數(shù)據(jù)D與上下文狀態(tài)表查詢更新模塊的輸出大概率符號(hào)Mps連接到異或運(yùn)算器作為輸 入，輸出端作為本級(jí)流水線輸出mps一sel;數(shù)據(jù)選擇器M1輸入端接上下文狀態(tài)表輸出的概率 估計(jì)表索引Index、與運(yùn)算器輸出端和數(shù)據(jù)選擇器M2的輸出端；概率估計(jì)表輸入端接數(shù)據(jù)選擇器M1的輸出端，輸出端接數(shù)據(jù)選擇器M2的輸入和作為本級(jí)流水線的輸出Qe， LZ;數(shù)據(jù)比 較器輸入接上下文CX和寄存器輸出端，輸出端接與運(yùn)算器；與運(yùn)算器輸入端接數(shù)據(jù)比較器輸 出和重整化信號(hào)Renorm，輸出端接數(shù)據(jù)選擇器M1。
4、 如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述的第二級(jí)流水線電路包括異或運(yùn)算器、 減法器模塊S1和S2、倍乘模塊、前導(dǎo)零檢測(cè)模塊、反相器、數(shù)據(jù)選擇器和桶形移位寄存器； 本級(jí)流水線輸入為水線輸出概率值Qe、前導(dǎo)零數(shù)LZ和判斷帶壓縮數(shù)據(jù)D是否為小概率符號(hào) 所得的小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps—sel;異或運(yùn)算器輸入端接小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps—sel和 減法器模塊S1的輸出端，異或運(yùn)算器輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的輸入端和作為本級(jí)流水線的輸 出區(qū)間選擇信號(hào)flag—sel;減法器模塊S1輸入端為倍乘模塊(其輸入端為概率值Qe)輸出 端和A寄存器輸出端，減法器模塊S1輸出端為異或運(yùn)算器輸入端；減法器模塊S2輸入端為 A寄存器輸出端和概率值Qe，輸出端連接數(shù)據(jù)選擇器；數(shù)據(jù)選擇器輸入端為概率值Qe、減 法器模塊S2輸出端和異或運(yùn)算器輸出端，數(shù)據(jù)選擇器輸出端連接前導(dǎo)零檢測(cè)模塊、反相器 和桶形移位寄存器；前導(dǎo)零檢測(cè)模塊輸入端為數(shù)據(jù)選擇器輸出端最高兩位、前導(dǎo)零數(shù)LZ、 小概率符號(hào)選擇信號(hào)mps_sel，輸出端接桶形移位寄存器輸入端和本級(jí)流水線的輸出移位數(shù) 值Nshift;反相器輸入端為數(shù)據(jù)選擇器輸出端最高位，輸出端為重整化信號(hào)Renorm;桶形 移位寄存器輸入端為數(shù)據(jù)選擇器輸出端、前導(dǎo)零檢測(cè)模塊輸出端，桶形移位寄存器輸出端接 寄存器A輸入端。
5、 如權(quán)利要求4所述的第二級(jí)流水線電路，其特征在于所述前導(dǎo)零檢測(cè)模塊是由數(shù)據(jù) 選擇器和解碼器組成，解碼器輸入端接數(shù)據(jù)選擇器輸出端最高兩位，解碼器輸出端接數(shù)據(jù)選 擇器輸入端；數(shù)據(jù)選擇器輸入接前導(dǎo)零數(shù)LZ、判斷信號(hào)raps—sel和解碼器輸出端，數(shù)據(jù)選 擇器輸出端即本模塊輸出端。
6、 如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述的第三級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)與權(quán)利要求4 所述的第二級(jí)流水線電路結(jié)構(gòu)相同。
7、 如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述的第四級(jí)流水線還包括加法器模塊A1 和A2、掩碼模塊、計(jì)數(shù)器、桶形移位寄存器模塊、減法器模塊和字節(jié)提取模塊；掩碼模塊 輸入端為C—result和移位數(shù)值Nshift，輸出端接桶形移位寄存器輸入端；加法器模塊Al 輸入端為移位數(shù)值Nshift,輸出端接減法器模塊輸入端；加法器模塊A2輸入端接寄存器模 塊輸出端和桶形移位寄存器輸出端，加法器模塊A2輸出端接字節(jié)輸出模塊；桶形移位寄存 器輸入端接掩碼模塊輸出端和計(jì)數(shù)器輸出端；減法器模塊輸入端接加法器Al和字節(jié)提取模 塊輸出端，減法器模塊輸出端接計(jì)數(shù)器輸入端；計(jì)數(shù)器輸入端接減法器輸出端，計(jì)數(shù)器輸出 端接加法器模塊A1輸入端和桶形移位寄存器模塊輸入端；字節(jié)提取模塊輸入端接加法器模 塊A1輸出端和加法器模塊A2輸出端，字節(jié)提取模塊輸出端接減法器模塊輸入端、寄存器輸 入端以及本級(jí)流水線輸出0utL、 0utH。
8、 如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述字節(jié)輸出模塊由數(shù)據(jù)比較器C1和C2、字節(jié)輸出控制模塊組成。數(shù)據(jù)比較器C1輸入端接加法器模塊A1輸出端和數(shù)字27，輸出端 接字節(jié)輸出控制模塊輸入端；數(shù)據(jù)比較器C2輸入端接加法器模塊Al輸出端和數(shù)字19，輸 出端接字節(jié)輸出控制模塊輸入端。
全文摘要
一種JPEG2000流水線算術(shù)編碼方法和電路，屬圖像壓縮技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)過四級(jí)流水線完成算術(shù)編碼，其電路包括上下文狀態(tài)表查詢更新模塊和概率估計(jì)查詢模塊、A寄存器更新模塊、C寄存器更新模塊、字節(jié)輸出模塊，分別構(gòu)成四級(jí)流水線電路，上下文狀態(tài)表查詢更新模塊與概率估計(jì)查詢模塊連接，概率估計(jì)查詢模塊與A寄存器更新模塊連接，A寄存器更新模塊分別與上下文更新模塊和C寄存器更新模塊連接，C寄存器更新模塊連接字節(jié)輸出模塊。本發(fā)明方法可提高編碼效率，電路結(jié)構(gòu)簡化，占用面積較少，可減少成本。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101489128SQ20091001366
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
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