專利名稱：一種0冗余編碼時(shí)鐘的位平面編碼器的vlsi實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于VLSI設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及到在JPEG2000硬件實(shí)現(xiàn)中，對(duì)部分關(guān)鍵電路采用專用設(shè)計(jì)，得到高效的(低狀態(tài)存儲(chǔ)器)，且具有0冗余編碼時(shí)鐘的位平面編碼器的VLSI實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
JPEG2000主要由兩個(gè)部分組成離散小波變換(DWT)和EBCOT。小波變換將圖像從空間域變換為頻率域，變換產(chǎn)生的系數(shù)經(jīng)過量化后被EBCOT進(jìn)行熵編碼。EBCOT中的位平面編碼為算術(shù)編碼器提供上下文(CX)和D(決斷)。但是在上下文生成的過程中，每個(gè)采樣點(diǎn)的上下文是由它領(lǐng)域采樣點(diǎn)的狀態(tài)決定的。每個(gè)采樣點(diǎn)包括五個(gè)狀態(tài)變量v(幅值)，s(符號(hào))，δ(有效性)，π(編碼完成標(biāo)志)，ξ(是否第一次進(jìn)入幅度細(xì)化通道)。如果碼塊大小為64×64時(shí)，一共需要20K狀態(tài)變量存儲(chǔ)器，同時(shí)狀態(tài)存儲(chǔ)器的寫入和讀寫，中斷了實(shí)現(xiàn)時(shí)的流水線，大大降低了編碼速度，且增加了控制電路的復(fù)雜性。另外在上下文生成過程中需要對(duì)位平面進(jìn)行多次掃描編碼，在時(shí)間上付出了很大的代價(jià)。這兩個(gè)缺點(diǎn)使JPEG2000編碼器整體效率很低，對(duì)高質(zhì)量圖像難以進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮處理。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，在位平面編碼器的設(shè)計(jì)中，引入3個(gè)專用電路，實(shí)現(xiàn)高效的(無狀態(tài)存儲(chǔ)器)，且0冗余編碼時(shí)鐘的VLSI方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案，按以下方式進(jìn)行1)通過“MSB”檢測電路及狀態(tài)變量生成電路所述”MSB”檢測電路及狀態(tài)變量生成電路是每一個(gè)象素，最高的有效位平面我們稱之為msb，假設(shè)A為16整數(shù)，如A＝0X0A00，則msb(A)＝12；假設(shè)當(dāng)前正在編碼的位平面為currentbp，從碼塊中輸出時(shí)的待編碼象素為A，則當(dāng)currentbp＜msb(A)時(shí)，δ(A)＝1，否則δ(A)＝0。
2)無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路所述的無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路技術(shù)是位平面編碼在執(zhí)行過程中，每次掃描一列四個(gè)數(shù)據(jù)，然而這四個(gè)點(diǎn)并不是都需要編碼的，利用窗口處理函數(shù)，找到需要進(jìn)行編碼的點(diǎn)，將其信息輸入到NBC索引電路中。該電路輸出當(dāng)前列需要進(jìn)行編碼的點(diǎn)的索引，這樣就跳過了不需要進(jìn)行編碼的象素點(diǎn)，節(jié)約了時(shí)鐘周期。當(dāng)需要編碼的點(diǎn)都被編碼完成后，NBC索引電路輸出換列(change column)信號(hào)請(qǐng)求下一列數(shù)據(jù)。
3)RLC，ZC和SC的連續(xù)編碼的控制信號(hào)生成電路所述RLC，ZC和SC的連續(xù)編碼實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路技術(shù)是在PASS1通道，需要進(jìn)行ZC和SC編碼，在PASS3通道，需要進(jìn)行RLC，ZC，SC編碼，在PASS1通道，需要進(jìn)行ZC和SC編碼；在PASS3通道，需要進(jìn)行RLC、ZC、和SC編碼；在PASS1編碼時(shí)，通過無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路，使得在編碼時(shí)的時(shí)鐘消耗僅為1個(gè)判斷時(shí)鐘和編碼時(shí)鐘；在PASS3編碼時(shí)，使用RLC，ZC和SC的流水實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路及列NBC索引判斷和生成電路，使得在編碼時(shí)的時(shí)鐘消耗僅為1個(gè)判斷時(shí)鐘和編碼時(shí)鐘，通過這兩個(gè)電路可以在編碼時(shí)獲得最快的編碼速度，無時(shí)鐘浪費(fèi)。
本發(fā)明針對(duì)位平面編碼器的VLSI實(shí)現(xiàn)中，所必須處理的幾個(gè)關(guān)鍵問題，給出了其專用電路實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。在基于列關(guān)聯(lián)的位平面編碼器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，其中MSB檢測電路的運(yùn)用可節(jié)約全部的狀態(tài)存儲(chǔ)器，無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路技術(shù)和RLC，ZC和SC的連續(xù)編碼實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路技術(shù)保證了編碼時(shí)的無冗余時(shí)鐘設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。


圖1是碼塊內(nèi)編碼掃描示意圖；
圖2是通道并行編碼算法示意及窗口示意圖；圖3是象素A的檢0電路圖；圖4是NBC索引生成電路。
圖5是RLC，ZC，SC編碼時(shí)序圖。
圖6給出一個(gè)包含MSB檢測電路，NBC電路和RLC，ZC，SC流水實(shí)現(xiàn)的PASS3編碼實(shí)現(xiàn)圖。
圖7為點(diǎn)X的8領(lǐng)域，其中H0，H1表示水平方向，D表示對(duì)角，V表示垂直方向。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于這個(gè)實(shí)施例。
首先結(jié)合附圖1對(duì)本文的實(shí)施例算法作簡單說明，位平面編碼的順序是從MSB到LSB，每個(gè)位平面包括三個(gè)編碼通道PASS1有效性傳播通道(Significant Propagation Pass)PASS2幅度細(xì)化通道(Magnitude Refinement PASS)PASS3清除通道(Cleanup Pass)唯一例外的是MSB位平面，只包括PASS3編碼。在JPEG2000默認(rèn)的編碼模式中，其余的位平面在編碼時(shí)順序經(jīng)過PASS1通道，PASS2通道，PASS3通道進(jìn)行編碼。每個(gè)象素點(diǎn)根據(jù)其領(lǐng)域的狀態(tài)判斷進(jìn)入哪一個(gè)通道進(jìn)行編碼。在位平面掃描的過程中，需要對(duì)每個(gè)象素的狀態(tài)變量進(jìn)行刷新δ(有效性)，π(是否已經(jīng)被編碼)，ε(是否第一次進(jìn)入幅度細(xì)化通道)。
通道并行模式是JPEG2000協(xié)議支持的模式之一，每一列的最后一個(gè)象素在生成上下文時(shí)，只需要判斷5鄰域；但是第一個(gè)象素仍然需要判斷8鄰域。采用一種行狀態(tài)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)來預(yù)存每一列最后一個(gè)點(diǎn)的有效性狀態(tài)。S暫存器和C暫存器，這兩條行狀態(tài)暫存器來分別記錄PASS1和PASS3中每列最后一個(gè)點(diǎn)的有效性狀態(tài)值，每一列的最后一個(gè)象素點(diǎn)編碼完成后，需要對(duì)行暫存器的值進(jìn)行更新。
按照本發(fā)明的關(guān)鍵電路，發(fā)明人給出了一個(gè)典型實(shí)施例。在本實(shí)施例中使用的是JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中的基于列關(guān)聯(lián)的通道并行位平面編碼。在本實(shí)施例中，首先介紹MSB檢測電路及狀態(tài)變量生成電路在JPEG2000協(xié)議中，每個(gè)象素的狀態(tài)變量就是有效性變量δ，是否第一次進(jìn)入幅度細(xì)化通道變量ξ，幅值v，符號(hào)s，編碼完成變量π，在每一次進(jìn)行位平面掃描時(shí)，可以很容易的得到v和s變量，編碼完成變量π需要根據(jù)前面通道移位后的數(shù)據(jù)決定，有效性δ和是否第一次進(jìn)入幅度細(xì)化通道變量ξ需要頻繁更新，采用存儲(chǔ)器操作時(shí)，數(shù)據(jù)存取和讀取操作使控制程序復(fù)雜，并且浪費(fèi)了時(shí)間周期。MSB電路通過組合邏輯，在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)判斷δ和ξ，不需要更新。其基本原理為每一個(gè)象素，最高的有效位平面為msb，假設(shè)當(dāng)前正在編碼的位平面為currentbp，當(dāng)currentbp＜msb時(shí)，δ＝1，否則δ＝0；若該象素的msb＜2則ξ＝0；否則，若currentbp＜msb-2時(shí)，ξ＝1，其他情況ξ＝0。
在設(shè)計(jì)中，假定小波進(jìn)行9/7小波變換時(shí)，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過量化后的位深度為16位，其中最高位為符號(hào)位，其它十五位為數(shù)據(jù)位。在圖1中，只給出了shiftbit[3:1]的實(shí)現(xiàn)，類似的，可以得到shiftbit
，A表示小波變換后輸出的數(shù)據(jù)，通過組合邏輯，得到的shiftbit[3:0]為A的最高位到msb之前零的個(gè)數(shù)，所以msb＝15-shift[3:0]。進(jìn)而與currentbp比較可以得到A的狀態(tài)變量，這些操作均為組合邏輯，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)可從碼塊中讀出列(stripe)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)用。達(dá)到了既省去了存儲(chǔ)器同時(shí)節(jié)省了存取狀態(tài)變量所耗費(fèi)的時(shí)鐘。
所述的無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路技術(shù)及RLC，ZC和SC的流水實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路技術(shù)是因兩者具有相關(guān)性，放在一起論述，在PASS1通道，需要進(jìn)行ZC和SC編碼，在PASS3通道，需要進(jìn)行RLC，ZC，SC編碼，通常是采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，在狀態(tài)跳轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘冗余，運(yùn)用本方法，高效實(shí)現(xiàn)了三種編碼方式的流水線操作，沒有產(chǎn)生時(shí)鐘冗余。
在位平面編碼在執(zhí)行過程中，每次掃描一列四個(gè)數(shù)據(jù)，然而這四個(gè)點(diǎn)并不是都需要編碼的，根據(jù)窗口處理函數(shù)，首先計(jì)算出當(dāng)前待編碼列的4個(gè)象素的領(lǐng)域重要性信息，將其信息輸入到NBC索引電路中，該電路輸出當(dāng)前列需要進(jìn)行編碼的點(diǎn)的索引，這樣就跳過了不需要進(jìn)行編碼的象素點(diǎn)，節(jié)約了時(shí)鐘周期。當(dāng)需要編碼的點(diǎn)都被編碼完成后，NBC索引電路輸出換列(change column)信號(hào)請(qǐng)求下一列數(shù)據(jù)。
以P1列為例說明PASS1編碼，對(duì)于P10，先計(jì)算其h，v，d的有效性值，如表一所示，如h，v，d值中任一為1，則表示此點(diǎn)在PASS1中需要編碼，在判斷P11是否在PASS1編碼時(shí)，在窗口邏輯的計(jì)算中用δ′10＝(h10|v10|d10)&v10代替δ10。NBCflag[3:0]為4位的線變量，用來表示P10，P11，P12，P13四個(gè)點(diǎn)是否在PASS1中編碼，這樣NBCflag
＝h10|v10|d10。
Nbccounter表示在PASS1中P1列需要編碼的點(diǎn)數(shù)。
Nbccounter＝NBCflag[3]+NBCflag[2]+NBCflag[1]+NBCflag
Pixelcounter表示從0開始計(jì)數(shù)，直到其值等于nbccounter時(shí)，NBC索引生成電路為多路選擇器組成的組合邏輯，在圖3，標(biāo)有1～7一共七個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別記為temp1-temp7，其中temp1-temp6分別為6個(gè)二選一的多路選擇器的輸出，分別用se11，sel2，sel3，sel4，sel5，sel6來表示6個(gè)多選的選擇端條件，例如在nbcflag[2]＝1時(shí)，temp1＝2’b10，否則，temp1＝2’b11，則這樣結(jié)合圖3，可表示為sel1＝nbcflag[2]sel2＝nbcflag[1]sel3＝nbcflag
sel6＝nbcflag[2]&nbcflag[1]&nbcflag
temp3，temp4，temp5，temp7為一個(gè)四選一的多路選擇器的輸出，其中選擇器的選擇端接pixelcounter，當(dāng)pixelcounter＝01時(shí)，nbcindex＝temp5。
這樣在PASS1編碼時(shí)，當(dāng)1≤pixelcount er≤nbccounter，應(yīng)該進(jìn)行ZC編碼，同時(shí)根據(jù)nbcindex的值將相應(yīng)的hnbcindex，vnbcindex，dnbcindex的值送到ZC的上下文生成邏輯中，生成各編碼點(diǎn)所屬的ZC上下文。
當(dāng)v[nbcindex]＝1時(shí)，在ZC編碼之后，還需進(jìn)行SC編碼，這時(shí)，pixelcounter的值需保持兩個(gè)時(shí)鐘，分別順序產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘ZC編碼使能和SC編碼使能，同時(shí)nbcindex保持兩個(gè)時(shí)鐘，將相應(yīng)的h，v，d和S信號(hào)值送到ZC的上下文生成邏輯和SC的上下文生成邏輯，這樣在PASS1的編碼時(shí)所需的時(shí)鐘的數(shù)為僅為窗口邏輯時(shí)鐘(1個(gè))+編碼時(shí)鐘，即利用無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路技術(shù)及RLC，ZC和SC的流水實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PASS1編碼的無容余時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)。
對(duì)PASS3編碼，因?yàn)榭赡馨l(fā)生RLC，ZC和SC三種編碼，具體在實(shí)現(xiàn)時(shí)可按以下步驟首先對(duì)輸入的一列數(shù)據(jù)進(jìn)行RLC判斷，如果滿足RLC編碼條件，進(jìn)入RLC通道編碼。
如果V50，V51，V52，V53全為0，則只需一個(gè)編碼時(shí)鐘，如不全為0，如1010，正確編碼應(yīng)為100S010，對(duì)100S為RLC編碼，對(duì)010需要進(jìn)行ZC編碼，所以臨時(shí)變量nbcflagtemp＝4’b0111，表示此列中的后三個(gè)數(shù)需要進(jìn)行ZC編碼。在第三個(gè)時(shí)鐘周期，將SC上下文生成邏輯需要數(shù)據(jù)送入，在第四個(gè)時(shí)鐘周期，輸出SC編碼上下文，同時(shí)(設(shè)在此之前，已由coloumn_change信號(hào)將ZC編碼計(jì)數(shù)器pixelcounter清0)，將NBCflagtemp的值賦給NBC電路的NBCflag，如在PASS1中描述的一樣，在第五個(gè)時(shí)鐘輸出ZC上下文的輸出，同時(shí)在需要時(shí)產(chǎn)生ZC的輸出，所需時(shí)鐘數(shù)僅為RLC判斷或ZC判斷(1個(gè)時(shí)鐘)+RLC編碼、ZC編碼、SC編碼時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了PASS3通道編碼的無冗余時(shí)鐘流水實(shí)現(xiàn)，圖4所示一個(gè)包含RLC編碼，ZC編碼，SC編碼的時(shí)序圖，圖中只給出實(shí)際中的RLC，ZC或SC的使能信號(hào)(en)。圖6給出一個(gè)包含MSB檢測電路，NBC電路和RLC，ZC，SC流水實(shí)現(xiàn)的PASS3編碼實(shí)現(xiàn)圖，PASS1與PASS3的不同僅在與無RLC編碼。PASS2的編碼比較簡單，故在本設(shè)施例中沒有討論。
下表為窗口邏輯的計(jì)算 表中的字母含義解釋首先v(幅值)，s(符號(hào))，δ(有效性)，π(編碼完成標(biāo)志)，ξ(是否第一次進(jìn)入幅度細(xì)化通道)。P11代表附圖2中的點(diǎn)，圖7所示為點(diǎn)X的8領(lǐng)域，其中H0，H1表示水平方向，D表示對(duì)角，V表示垂直方向。
因此h=δP20+δP00,]]>表示點(diǎn)P10表示的水平方向有效性貢獻(xiàn)h可由δP20+δP00，即P00，P20點(diǎn)的有效性之和表示，同理可知V，d的含義，δ表示在P10編碼以后，有效性的更新值。
權(quán)利要求
1.一種0冗余編碼時(shí)鐘的位平面編碼器的VLSI實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行1)通過“MSB”檢測電路及狀態(tài)變量生成電路通過“MSB”檢測電路及狀態(tài)變量生成電路，在待編碼的象素點(diǎn)從碼塊存儲(chǔ)器中取出的同時(shí)，通過“MSB”檢測電路生成其在上下文編碼中所需的狀態(tài)變量，對(duì)于每一個(gè)象素，最高的有效位平面稱為msb，假設(shè)A為16整數(shù)，如A＝0X0A00，則msb(A)＝12；假設(shè)當(dāng)前正在編碼的位平面為currentbp，從碼塊中輸出時(shí)的待編碼象素為A，則當(dāng)currentbp＜msb(A)時(shí)，δ(A)＝1，否則δ(A)＝0；2)無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路位平面編碼在執(zhí)行過程中，每次掃描一列四個(gè)數(shù)據(jù)，然而這四個(gè)點(diǎn)并不是都需要編碼的，利用窗口處理函數(shù)，找到需要進(jìn)行編碼的點(diǎn)，將其信息輸入到NBC索引電路中；該電路輸出當(dāng)前列需要進(jìn)行編碼的點(diǎn)的索引，跳過不需要進(jìn)行編碼的象素點(diǎn)，以節(jié)約時(shí)鐘周期；當(dāng)需要編碼的點(diǎn)都被編碼完成后，NBC索引電路輸出換列信號(hào)請(qǐng)求下一列數(shù)據(jù)；3)RLC、ZC和SC的流水實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路在PASS1通道，需要進(jìn)行ZC和SC編碼；在PASS3通道，需要進(jìn)行RLC、ZC、和SC編碼；在PASS1編碼時(shí)，通過無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路，，使得在編碼時(shí)的時(shí)鐘消耗僅為1個(gè)判斷時(shí)鐘和編碼時(shí)鐘；在PASS3編碼時(shí)，使用RLC，ZC和SC的流水實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路及列NBC索引判斷和生成電路，使得在編碼時(shí)的時(shí)鐘消耗僅為1個(gè)判斷時(shí)鐘和編碼時(shí)鐘，通過這兩個(gè)電路可以在編碼時(shí)獲得最快的編碼速度，無時(shí)鐘浪費(fèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種0冗余編碼時(shí)鐘的位平面編碼器的VLSI實(shí)現(xiàn)方法，在JPEG2000位平面編碼器的VLSI設(shè)計(jì)中，提供3個(gè)專用電路，通過“MSB”檢測電路及狀態(tài)變量生成電路，在待編碼的象素點(diǎn)從碼塊存儲(chǔ)器中取出的同時(shí)，通過“MSB”檢測電路生成其在上下文編碼中所需的狀態(tài)變量，節(jié)省了狀態(tài)變量存儲(chǔ)器，同時(shí)也節(jié)省了存取狀態(tài)變量存儲(chǔ)器耗費(fèi)的大量時(shí)鐘。在PASS1編碼時(shí)，通過無冗余時(shí)鐘的列NBC索引判斷和生成電路，使得在編碼時(shí)的時(shí)鐘消耗僅為1個(gè)判斷時(shí)鐘和編碼時(shí)鐘；在PASS3編碼時(shí)，使用RLC，ZC和SC的流水實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)生成電路及列NBC索引判斷和生成電路，使得在編碼時(shí)的時(shí)鐘消耗僅為1個(gè)判斷時(shí)鐘和編碼時(shí)鐘，通過這兩個(gè)電路可以在編碼時(shí)獲得最快的編碼速度，無時(shí)鐘浪費(fèi)。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1564200SQ200410026018
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者梅魁志, 鄭南寧, 劉躍虎, 王勇, 姚霽 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)