低功耗全流水线JPEG-LS无损图像编码器的VLSI实现

"低功耗全流水线JPEG-LS无损图像编码器的VLSI设计 (2007年)，作者：李晓雯等，发表于《清华大学学报(自然科学版)》2007年第47卷第10期" 在图像处理领域，JPEG-LS是一种用于无损或准无损图像压缩的标准，但其原始设计并不利于并行计算和低功耗应用。针对这一问题，2007年的一项研究提出了一种创新的超大规模集成电路（VLSI）实现结构，用于构建一个低功耗且高效的JPEG-LS无损图像编码器。 该编码器的设计主要由四个关键部分组成： 1. **模式判别模块**：这部分负责分析图像数据，选择最佳的编码策略，以实现高效压缩。 2. **时钟控制器**：时钟控制器是系统的心脏，它协调各个模块的运行，通过管理和控制时钟信号，确保整个系统的同步，并在不必要时关闭闲置模块的时钟，从而降低功耗。 3. **三条并行流水线**：为了提高处理速度，设计中采用了三条并行的流水线，每个流水线独立处理图像的一部分，这样可以同时进行多个计算步骤，显著提升编码速度。 4. **两级数据聚合器**：数据聚合器的作用是收集和整理从流水线输出的数据，以便生成最终的JPEG-LS压缩编码。两级设计意味着可以进行不同级别的数据整合，优化了数据传输效率。 这一VLSI设计采用了全流水线结构，使得图像处理能力达到了实时水平，即输入图像能够被即时编码而不产生延迟。此外，设计中引入了4个时钟域交叉并存的概念，这种多时钟域架构能够灵活应对不同计算负载，保证关键计算过程的高效执行，同时减少不必要的能量消耗。 通过上述优化，该JPEG-LS编码器实现了平均功耗降低了15.7%的目标，体现了其低功耗特性。由于这些优势，该编码器已被实际应用于无线内窥镜系统，说明其在实际应用中的可行性和高效性。 这项研究不仅解决了JPEG-LS标准在低功耗和并行计算方面的局限性，还为VLSI设计提供了一个高效的解决方案，为未来图像编码硬件的发展开辟了新的路径。这种设计方法对其他需要实时处理和低功耗操作的图像处理应用也具有重要的参考价值。