基于Blackfin561的JPEG2000 壓縮算法實現及優化

O 引言
JPEG2000數字圖像壓縮標準是國際標準組織(ISO)和國際電信聯盟(ITU)聯合制定的新一代靜止圖像壓縮標準。與以往的壓縮標準相比，JPEG2000標準具有很多優點。它不僅僅在圖像編碼過程中能保證良好的圖像質量，而且還具有現代圖像壓縮所要求的新性能，如同時支持有損壓縮和無損壓縮兩種模式、保證在圖像傳輸過程中的容錯性、支持感興趣區域編碼等。但是，由于新技術的引入，JPEG2000的算法復雜度也相應提高，在實際應用中，JPEG2000并不如想象中的那么應用廣泛。而DSP由于其豐富靈活的指令集、特殊的內部結構、超強的數據吞吐能力及運算速度，使得以DSP處理器為核心的方法成為實現JPEG2000算法的一種有效途徑。

1 JPEG2000系統的組成原理
JPEG2000相對于JPEG的最大改進就是以離散小波變換(DWT)代替了DCT編碼。JPEG2000的編解碼流程如圖1所示。本系統首先對源圖像數據進行離散小波變換，然后對變換后的小波系數進行量化，接著對量化后的數據熵編碼，最后形成輸出碼流。解碼器是編碼器的逆過程，解碼時，首先對碼流進行熵解碼，然后解量化和小波反變換，最后生成重建圖像數據。

通過預處理可為不同類型的圖像提供一個統一的接口，以便于后續使用同樣的編碼器進行處理，這一步驟是將多種類型的圖像壓縮加入到統一框架中的關鍵。它主要包括三個步驟：圖像分片、直流平移和分量變換。
小波的多分辨率分析特性使之既可高效地描述圖像的平坦區域，又可有效地表示圖像信號的局部突變(即圖像的邊緣輪廓部分)，它在空域和頻域都有良好的局部性，因而能夠聚焦到圖像的任意細節。
優化截斷嵌入塊編碼(The Embedded BlockCoding with Optimized Truncation，簡稱EBCOT)是JPEG2000標準的核心，它不僅能對圖像進行有效壓縮，同時，其產生的碼流還具有分辨率可伸縮性、信噪比可伸縮性、隨機訪問和處理等非常好的特性。EBCOT分Tierl和Tier2兩部分，EBCOT可將子帶分成互不重疊的編碼塊，每個編碼塊的比特層編碼稱為Tierl；然后對所有編碼塊的編碼流進行優化截斷排序和打包等處理，以使其成為Tier2。

2 Blackfin56l處理器
Blackfin處理器是一類專為滿足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和功耗約束條件而設計的新型32位DSP。Blackfin處理器主要基于ADI和Intel公司聯合開發的微信號架構(MSA)，它將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。Blackfin561是Blackfin處理器系列中的新型對稱雙核處理器成員，可在相同的頻率條件下實現性能的翻番。該器件具有以下特點：
(1)高性能的處理器內核
Blackfin處理器架構基于一個10級RISCMCU／DSP流水線和一個專為實現最佳代碼密度而設計的混合16／32位指令集架構。Blackfin561具有兩個內核頻率可達600MHz的處理器，可提供高效RISC MCU控制任務執行能力。
(2)高帶寬DMA能力
Blackfin561具有多個獨立的DMA控制器，這些控制器可支持自動數據傳輸，而且所需的處理器內核開銷極少。DMA傳輸可出現于內部存儲器和諸多具有DMA功能的外設之間。傳輸也有可能出現于外設和與外部存儲器接口相連的外部器件之間，包括SDRAM控制器和異步存儲器控制器。
(3)專用視頻指令
除了具有對8位數據以及許多像素處理算法所常用的字長的固有支持之外，Blackfin處理器架構還包括專為增強視頻處理應用而定義的指令。
(4)高效控制處理