《星載圖像壓縮實時高效算術編碼器結構研究》是依託西南交通大學，由邸志雄擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：星載圖像壓縮實時高效算術編碼器結構研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：邸志雄
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
算術編碼器因其串列計算的本質，已經成為制約星載圖像壓縮硬體系統實時、高效計算的瓶頸。本項目緊緊圍繞星載系統對算術編碼器實時、高效的計算能力要求，同時考慮星載系統對算術編碼器結構面積、功耗、高可靠性的性能要求，以算術編碼器硬體自適應編碼方法和結構為巨觀設計目標和方法，解決模型更新算法與重歸一化算法所面臨的硬體並行化問題。同時，針對現有研究在算術編碼器門級映射過程中完全依賴綜合器所造成的不能較好地均衡性能、面積、功耗的缺陷，以算術編碼器門級網表為套用對象，以環結構重構算法和重定時最佳化算法為切入點，解決流水線性能最大化問題，最終期望為算術編碼器結構的研究提供新的支撐技術。本項目的研究針對星載圖像壓縮系統中的迫切需求和技術瓶頸，也是我國“探月工程”、“高分專項”等重大探測領域規劃確定的重點任務，具有重要理論意義和實用價值。
結題摘要
算術編碼器很難通過深度流水或並發執行的方法提高計算吞吐量，已經成為星載圖像壓縮硬體系統的性能瓶頸。本項目緊緊圍繞星載系統對算術編碼器實時、高效的計算能力要求，解決模型更新算法與重歸一化算法所面臨的硬體並行化問題。本項目完成了以Xilinx ZedBoard為實現平台的圖像壓縮異構加速計算系統，並設計實現了“MCU+FPGA”的小型化異構計算平台，為星載圖像壓縮系統集成和驗證提供了強有力的支持。 本項目提出了一種無停頓的高吞吐量算術編碼器硬體結構，解決了依賴性問題的同時並未對機率估計表做擴展，構建了“碼流輸出”電路中硬體處理各環節的數據結構及其映射方法，提出了“部分相加”方法，降低了硬體電路的傳播延遲，提高了編碼器吞吐量。實驗結果表明，本項目所提出的多上下文算術編碼器性能、吞吐量和面積均優於現有文獻。 針對現有研究在算術編碼器門級映射過程中完全依賴綜合器所造成的不能較好地均衡性能、面積、功耗的缺陷，提出了數字電路並行全入度拓撲排序最佳化算法，解決了流水線性能最大化問題。實驗結果表明與有效重定時判定經典算法FEAS相比，擁有較低的算法時間複雜度，插入同樣級數暫存器時，使用本算法最佳化的電路與重定時最佳化的相比，電路面積較之少20-40%。 圖像壓縮晶片存在大量的存儲器和運算單元，在布局階段會引入大量擁塞，惡化時序和產生大量短路電路，嚴重降低晶片性能。現有的EDA工具和算法可有效減少擁塞，但是卻伴隨著面積擴大、布線長度增大、時序惡化等一系列問題。本項目提出了一種基於啟發式算法的擁塞消除方法，該算法的主要設計思想為尋找擁塞密度最高的區域，通過在該區域中的高引腳單元周圍設定適當的隔離區域來緩解其周圍的擁塞情況。實驗結果表明與現有EDA工具相比，可大大減小短路數和匯流排長，並且不犧牲電路面積和時序，可為算術編碼器結構的研究提供新的支撐技術。 綜上所述，本項目的研究針對星載圖像壓縮系統中的迫切需求和技術瓶頸，具有重要理論意義和實用價值。
