JPEG2000中位平面编码的存储优化方案设计和实现

　　1.引言

　　JPEG2000具有许多不同于JPEG的新特性，如按图像质量或分辨率渐进传输、感兴趣区域的提取，因此能够被应用于许多场合，如图像监控，数码相机，网络图书馆等。但是对于这些实时系统，要求编码器的处理速度相当高，而JPEG2000的两大核心模块(见图1)，小波变换和EBCOT[2](基于优化截断点的嵌入式块编码)其运算开销很大，占据了整个编码器处理时间的一半以上。因此，有必要研究合理的实现方式，一般来说采取软件实现方式相对比较简单，比如JPEG2000的参考代码jasper[3]，但实时处理的能力较差，即使采用嵌入式系统的方案，如使用DSP或ARM等通用处理器，基本上也是通过软件的方式来实现，速度提升不大，必须针对块编码本身的特点设计高效的硬件结构单元。只有这样，才能使JPEG2000在实时处理的应用中发挥其作用。

　　2.存储优化的实现方案

　　JPEG2000的嵌入式块编码是基于位平面的编码，其对象是小波变换后频域系数组成的相对较小的码块，大小一般是32×32或64×64。码块中的系数包含符号信息和许多个不同权值的幅度信息。位平面编码的思想就是将最重要的信息先进行编码，也就是权值较大的幅度信息先编码，这样配合后续的码流组织(见图1)即可使最终的码流获得渐进传输的特性。

　　根据标准[1]，编码过程中除了用到符号和幅度信息外，还需要每个比特位的显著信息，细化信息和访问信息。因此，对于一个32×32的码块，编码一个位平面时，总共需要存储5×1024位的信息。另外，由于编码是以一列中的4位为单位，所以通常将每块编码信息存储为256×4的形式(见表1)。

　　但是事实上这种存储结构是低效的，因为根据标准[1]，编码一个比特位包括两个步骤，即判断通道归属和编码原操作。在这两个步骤中，需要访问的信息包括当前位的显著、符号、幅度、细化和访问信息，以及当前位的周围8个比特位的显著和符号信息。对于基于列的编码方式，如果按照上面的方案存储信息，即将符号和显著信息以字长为4存储，则实际上每次编码一列，需要读入前一编码带(通常将每4行称为一个编码带)、当前编码带和后一编码带的共12位显著和符号信息，但是事实上只有其中的6位是有用的，其余6位是冗余信息。由于编码是基于比特位的操作，因此会频繁地访问存储区域，每次编码一列必须读出相应的各信息位，编码完成一列数据还要将相应的编码信息再次写回存储区域，以达到更新编码信息的目的。可见，采取上述4位字长的方案是非常低效的。

　　所以，本文设计了一种相对合理的存储方案，即在码块的最上面一行和最下面一行各添加一行全0数据(这是对显著和符号平面而言)，构成34×32的块，然后以两行为一组，并按交错存储的方式，即A，B，C，B，A，。。。，C，B，A，将信息分配至三块存储区域MEMA，MEMB和MEMC(见表2)。