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研究生:許天陽
研究生(外文):Tien-Yang Hsu
論文名稱:嵌入式快速向量量化彩色影像編碼系統之研製
論文名稱(外文):Implementation of embedded fast vector quantization encoding system for color image
指導教授:王周珍
指導教授(外文):Chou -Chen Wang
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電子工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:58
中文關鍵詞:快速向量量化
外文關鍵詞:Fast Vector Quantization
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隨著視訊多媒體的蓬勃發展,嵌入式影音編碼系統逐漸成為新潮流主角。在現今的影像壓縮技術中,向量量化(vector quantization: VQ)是一相當受歡迎的技術,但VQ的編碼過程相當複雜且耗時,尤其當向量維度和碼簿(codebook)增大時,計算複雜度將大幅增加,以至於無法達到即時編碼。為了解決VQ編碼耗時的問題,有很多加速VQ編碼的方法被提出,它們主要是運用幾何空間的向量投影(projection)、三角不等式(triangular inequality )和柯西不等式(Cauchy-Schwarz inequality)等數學理論,來大量排除不可能相似的碼向量(codevector),以達到加速編碼的過程。最近,Wu和Lin利用柯西不等式提出局部距離剔除(kick-out)演算法[1],完成更快和更有效率的VQ編碼技術。
為了使VQ能有效運用在消費性電子產品,本論文利用Wu和Lin的局部距離剔除演算法[1],並採用由亞德諾(ADI)與英特爾(Intel)所聯合開發的ADSP-BF527模擬板來設計一嵌入式快速VQ彩色影像編碼器,我們將C語言所撰寫的快速VQ彩色影像編碼系統,成功的嵌入ADSP-BF527模擬板。由實驗結果可以發現,輸入影像為CIF彩色影像,當碼簿大小為256時,嵌入式快速VQ能比全搜尋(full search)之運算量減少約18,000百萬個核心週期,編解碼過程加速約12倍,可達到VQ即時編碼效能。
The embedded system of video and audio encoder/decoder has become a new trend due to the applications of mobile multimedia. Many consuming electronic products have become the essential requirement in the life. Among the image compression technologies, the vector quantization (VQ) has been found to be a very efficient compression technique for images at a low bit rate. However, the encoding process of VQ needs expensive computation for searching the closet codeword to the input vectors. And, the utilization of VQ is severely limited by the encoding complexity, which grows exponentially as the vector dimension or codebook increases. In order to overcome the encoding complexity of VQ, many fast algorithms have been proposed to speed up the FS-equivalent searching process in recent years. They use the characteristics of mean and variance of a vector, triangular inequality and Cauchy-Schwarz inequality to eliminate the impossible codewords with only with some additional memory. Recently, Wu and Lin propose a fast VQ encoding algorithm using an efficient kick-out condition, and can achieve a real-time VQ encoding in PC [1].
In order to realize the VQ encoder implemented in consuming electronic products, in the thesis, we design an embedded real-time VQ encoder using fast VQ proposed by [1] and ADSP-BF527 simulation board developed by ADI and INTEL. From the experimental results, we can find after optimizing the fast VQ program in ADSP-BF527, the embedded fast VQ system can encode CIF image which reduces approximately 18,000 M core cycles. In addition, we can find that the proposed embedded technology can indeed achieve a real-time VQ encoder/decoder system.
中文摘要I
英文摘要II
致謝III
目錄IV
圖目錄V
表目錄VII
第一章 緒論1
1-1 研究背景1
1-2 研究動機2
1-3 論文架構4
第二章 VQ影像壓縮5
2-1 VQ簡介5
2-2 VQ編碼簿的訓練與LBG演算法6
2-3 VQ編碼8
2-4 VQ解碼10
2-5 失真壓縮11
第三章 VQ之快速搜尋演算法15
3-1 簡介15
3-2 使用剔除條件之快速VQ編碼法16
3-3 演算法步驟17
3-4 彩色影像轉置19
3-5 彩色影像量化20
3-6 全搜尋與快速編碼實驗結果與討論23
第四章 嵌入式快速彩色影像編碼系統31
4-1 ADSP-BF527系統簡介31
4-2 記憶體配置36
4-3 嵌入式快速VQ彩色影像編碼38
第五章 實驗結果與討論42
5-1 實驗條件42
5-2 實驗結果分析與比較43
第六章 結論49
參考文獻51
圖目錄
圖2.1 向量量化程序圖5
圖2.2 由4×4的區塊轉成1×16的向量8
圖2.3 VQ編碼之方塊圖9
圖2.4 編碼示意圖,以2×2區塊為例10
圖2.5 解碼示意圖,以2×2區塊為例11
圖2.6 Lena灰階原始影像13
圖2.7 Lena灰階碼簿大小256重建影像13
圖2.8 Lena 彩色原始影像13
圖2.9 Lena彩色碼簿大小256重建影像13
圖3.1 剔除條件演算法流程圖19
圖3.2 彩色影像轉YCbCr 21
圖3.3 彩色影像快速VQ流程圖22
圖3.4 彩色影像快速VQ嵌入ADSP-BF527流程圖22
圖3.4 Yang原始影像24
圖3.5 Foreman原始影像24
圖3.6 Car原始影像24
圖3.7 View原始影像24
圖3.8 Yng在各種碼簿大小下影像重建圖25
圖3.9 Foreman在各種碼簿大小下影像重建圖26
圖3.10 Car在各種碼簿大小下影像重建圖27
圖3.11 Vview在各種碼簿大小下影像重建圖28
圖4.1 ADSP-BF527 的核心架構圖32
圖4.2 ADSP-BF527模擬板33
圖4.3 系統和記憶體DMA架構34
圖5.1 Yang(352×288)重建影像與原始影像之比較44
圖5.2 Foreman(352×288)重建影像與原始影像之比較44
圖5.3 Car(352×288)重建影像與原始影像之比較45
圖5.4 View(352×288)重建影像與原始影像之比較45
表目錄
表1.1 各種多媒體處理器規格整理3
表3.1 各種碼簿大小編碼之比較29
表4.1 L1內部的記憶體配置圖35
表4.2 L1與L3儲存資訊整理表36
表4.3 L1與L3記憶體整理表36
表4.4 記憶體配置總表37
表5.1 編碼搜尋次數比較表46
表5.2 Y碼簿大小64嵌入式量化編碼時間比較表47
表5.3 Y碼簿大小128嵌入式量化編碼時間比較表47
表5.4 Y碼簿大小256嵌入式量化編碼時間比較表48
中文部份
[1]王湘君,“ADSP-BF527嵌入式MPEG-4即時解碼器之研究, ”義守大學碩士論文2010
[2]“直接記憶體存取─基本原理、結構與應用(上) ,” Global source, http: //www. eet- taiwan.com/ART_8800468608_628626_TA_c61e2b68.HTM
[3]陳培殷(2003) ,“資料壓縮概論”,台中:滄海書局
[4]戴顯權(1996),“資料壓縮”,台北:松崗電腦圖書公司
[5]“ADI 推出ADSP BF52x 高性能/低功耗/低價格DSP,”大聯大集團,http://www.wpgholdings.com/product_news_detail.php?define_wpglang=ZHS&id=2009120906&srl=29
英文部份
[1]“ADSP-BF527 EZ-KIT lite evaluation system manual,”Revision 1.3,October 2008.
[2]K.S Wu and J.C Lin,“Fast VQ encoding by an efficient kick-out condition”,IEEE transaction in circuits and systems for video technology, vol. 10, pp.59-64,Feb. 2009.
[3]Khaild Sayood,“Introduction to Data compression”,3rd Edition,Elsevier (Singapore)Pte Ltd
[4]MC9328MX21 data sheets,” Freescale semiconductor Inc., http://cache.freescale.com/files/32bit/doc/data_sheet/MC9328MX21.pdf , Dec.2009
[5]“Parallel peripheral interface,” 維基百科, http://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_ Peripheral_Interface
[6]R.M. Gray, (1984). vector quantization. IEEE ASSP Mag., 4-29.
[7]“TMS320DM642 data sheets,”Texas Instruments Inc., http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tms320dm642.pdf, Feb. 2010
[8]Y. Linde, A. Buzo, and R. M. Gray, “An algorithm for vector quantization design”, IEEE Trans. Communications, Vol. 28, No.1, pp. 84-95
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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