基于Blackfin561的JPEG2000压缩算法实现及优化

1、基于blackfin561的jpeg2000压缩算法实现及优化jpeg2000数字图像压缩标准是国际标准组织(iso)和国际电信联盟(itu)联合制定的新一代静止图像压缩标准。与以往的压缩标准相比，jpeg2000标准具有无数优点。它不仅仅在图像编码过程中能保证良好的图像质量，而且还具有现代图像压缩所要求的新性能，犹如时支持有损压缩和无损压缩两种模式、保证在图像传输过程中的容错性、支持感爱好区域编码等。但是，因为新技术的引入，jpeg2000的算法复杂度也相应提高，在实际应用中，jpeg2000并不如想象中的那么应用广泛。而因为其丰盛灵便的命令集、特别的内部结构、超强的数据吞吐能力及运算速度，

2、使得以dsp处理器为核心的办法成为实现jpeg2000算法的一种有效途径。2 jpeg2000系统的组成原理jpeg2000相对于jpeg的最大改进就是以离散小波变换(dwt)代替了dct编码。jpeg2000的编解码流程1所示。本系统首先对源图像数据举行离散小波变换，然后对变换后的小波系数举行量化，接着对量化后的数据熵编码，最后形成输出码流。是的逆过程，解码时，首先对码流举行熵解码，然后解量化和小波反变换，最后生成重建图像数据。通过预处理可为不同类型的图像提供一个统一的接口，以便于后续用法同样的编码器举行处理，这一步骤是将多种类型的图像压缩加入到统一框架中的关键。它主要包括三个步骤：图像分片

3、、直流平移和重量变换。小波的多辨别率分析特性使之既可高效地描述图像的平坦区域，又可有效地表示图像信号的局部突变(即图像的边缘轮廓部分)，它在空域和频域都有良好的局部性，因而能够聚焦到图像的随意详情。优化截断嵌入块编码(the embedded blockcoding with optimized truncation，简称ebcot)是jpeg2000标准的核心，它不仅能对图像举行有效压缩，同时，其产生的码流还具有辨别率可伸缩性、信噪比可伸缩性、随机拜访和处理等十分好的特性。ebcot分tierl和tier2两部分，ebcot可将子带分成互不重叠的编码块，每个编码块的比特层编码称为tierl；

4、然后对全部编码块的编码流举行优化截断排序和打包等处理，以使其成为tier2。3 blackfin56l处理器blackfin处理器是一类专为满足当今音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件而设计的新型32位dsp。blackfin处理器主要基于和intel公司联合开发的微信号架构(msa)，它将一个32位risc型命令集和双16位乘法累加(mac)信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在了一起。blackfin561是blackfin处理器系列中的新型对称双核处理器成员，可在相同的频率条件下实现性能的翻番。该器件具有以下特点：(1)高性能的处理器内核blackfin处理器架构基于一

5、个10级riscdsp流水线和一个专为实现最佳代码密度而设计的混合1632位命令集架构。blackfin561具有两个内核频率可达600mhz的处理器，可提供高效risc mcu控制任务执行能力。(2)高带宽dma能力blackfin561具有多个自立的dma控制器，这些控制器可支持自动数据传输，而且所需的处理器内核开销极少。dma传输可浮现于内部存储器和诸多具有dma功能的外设之间。传输也有可能浮现于外设和与外部存储器接口相连的外部器件之间，包括sdram控制器和异步存储器控制器。(3)专用视频命令除了具有对8位数据以及许多像素处理算法所常用的字长的固有支持之外，blackfin处理器架构还

6、包括专为增加视频处理应用而定义的命令。(4)高效控制处理blackfin561提供有各式各样的微控制器型外设，包括uarts、spi、ppi控制器、支持的定时器、定时器、实时时钟和一个无缝同步和异步存储器控制器。因而为设计师提供了巨大的设计灵便性，并最大限度地降低了终端系统成本。(5)分层的存储器架构blackfin561支持改进的哈佛结构，该结构是具有分级的存储器结构的组合。bf56l器件的地址宽度为32位，可以拜访4g字节的地址空间。blackfin处理器的存储器架构在器件实现中可提供level l(l1)和level 2(l2)存储模块，并可以通过ebiu外接l3处理器(sdram、fl

7、ash等)。4 系统设计本系统主要实现数字图像的采集和压缩处理。它有效利用了blackfin561的专用视频接口ppi和其它丰盛的接口资源，具有设计容易、便于软件编程的特点。图2所示其系统工作流程及衔接框图。由图2可见，本系统首先由ccd摄像头来采集图像，输入的模拟信号经adv7183视频编码芯片转换成itu一656格式的数字视频流，该视频流通过bf561的ppi传输到sdram。然后由dsp从sdram读入图像，并执行jpeg2000编码操作，最后将压缩视频流输入到输出模块举行传输。输出模块由控制芯片ispl362组成，可以实现系统和pc机的互连。flash用来存放加载文件ldr。5 jpe

8、g2000算法移植假如用户导入的blackfin处理器的c代码能够兼容ansi ，那么，就能挺直在blackfin上举行构建并执行这个“现成的”代码程序。但是结合嵌入式应用环境，移植时还需注重以下几点：首先要注重不同的平台对数据类型的长度定义可能是不一样的。在程序移植中可以对数据类型用法typedef宏举行定义，如“typedef intint32；”这样便于移植时更改。第二，由于嵌入式系统中的存储空间有限，而且是分级的，且不同级别的处理器大小和运算速度均不同。因此，在定义变量时需要考虑其存放地址。通过section(“存储器段名”)语句可以将变量和代码放入指定地址。其中“存储器段名”可在ld

9、f件中设置。第三为了程序调用便利，pc平台下的c程序会常常用法大量的动态内存分配(如calloc、realloc、new等)。考虑到嵌入式系统的特点，即需要不停的循环处理，因此，应当用静态数组代替动态内存分配。这样不仅可以避开动态内存分配造成的内存碎片问题，同时存储结构也越发清晰明白。此外，因为源程序中有许多文件操作，而嵌入式系统并不挺直支持文件操作，所以应予以剔除，用读写数组的方式来替代。最后应注重visual dsp+兼容的c语言库函数。因为它不能识别等库文件名称，而calloc、malloc等动态内存分配函数均包含在中。所以，若要用法malloc，只需在程序中包入即可。注重以上几点，c语

10、言源程序就可以在visualdsp+下运行，从而实现其功能了。6 程序优化因为移植后的算法只是容易的实现了图像编码功能，而远不能保证其实时性，因而需要对其举行优化。优化主要涉及浮点转定点运算、代码优化和存储器优化。61 浮点运算转定点运算blackfin处理器是一款定点处理器。该处理器本身并不支持float、double等浮点数据类型，而只能通过实现，所以，用blackfln挺直举行浮点运算是很费时的。因而应将小波变换及其它涉及浮点运算的模块所有定点化。可以将浮点系数乘以一个尺度因子，使其变换成整数。然后在运算过程中再除以尺度因子，这样就避开了浮点操作。同时，blackfin处理器是针对小数形

11、式举行优化设计的，它提供了大量的运算命令，可以迅速的执行定点和小数运算。若用汇编编写，则可以充分发挥处理器的性能，优化幅度更大。下面给出小波变换定点化的一段程序：62 代码优化设计时可以结合详细的硬件环境对代码本身做出大量优化，以使得编译器能够充分的用法硬件循环、软件流水化、矢量化等技术。但是，也应注重一下几个方面：首先，由于循环是程序中时光消耗最大的部分，所以要把主要精力集中在循环程序的设计上。应尽量用法短循环；避开循环执行的依靠性；确保内部循环次数比外部的多；在循环中应避开条件代码，否则会浮现大量控制流延迟；在循环体中不要放函数调用语句，这样会阻碍编译器用硬件循环结构。第二，定点处理器本身

12、不挺直支持除法操作，所以，应当尽量避开除法。如“if(xy>ab)”可以写成“if(x*b>a*y)”。通过移位操作同样可以避开除法，如除以8可以用左移3位来代替。最后，通过查询表的办法也可以避开一些复杂运算。63 存储器优化blackfin56l中的存储器采纳分层结构，距离核最近的ll存储器运行速度最快，但容量很小。因此需要对图像数据举行合理的存储器资源分配，以使得绝大多数操作都集中在l1存储器。下面以小波变换为例来举行解释。本系统中待处理的图像位于sdram中。图3所示是dma双缓冲操作暗示图，dma优化的总体思想是以一行图像数据为基本单位，然后通过dma把要处理的数据转移到ll，实现数据的高效处理。传输可采纳双缓冲乒乓操作，这样可避开dma传输数据所耗费的时光。为了验证jpeg2000编码器在bf56l上移植和优化后的效果，我们对一幅512x512x8bit图像举行测试并给出了相关数据。表l所列为16倍压缩率下优化前后