ASIC/SoC Design and Production Services
JPEG2000 IP Core
JPEG 2000是基于小波变换的图像压缩标准，由国际标准化组织(ISO)于2000年3月发布，文档代码为ISO/IEC15444-1:2000。 JPEG2000标准同时支持有损压缩和无损压缩，并且支持更复杂的渐进式显示和下载。JPEG2000通常被认为是未来取代JPEG的下一代图像压缩标准， 具有更高的压缩比，而且不会产生原先的基于离散余弦变换的JPEG标准产生的块状模糊瑕疵。 目前，JPEG2000标准已经广泛用于各种对图像品质要求比较高的应用场景，例如数字电影、医学成像、卫星图像等。
JPEG2000的典型应用场景图(数字电影+医学成像+卫星图像)
北格逻辑的JPEG2000编解码IP，是使用RTL(Verilog)语言编写的FPGA IP，可以部署在AMD(Xilinx)、Altera、紫光同创等厂家的FPGA上。 JPEG2000 FPGA IP分成标准和低延迟两个版本，其中标准版本完全符合JPEG2000 Part1 Amd1规范， 输出文件格式是jp2，能够与JPEG2000官方参考软件相互编解。 即北格逻辑 JPEG2000 IP产生的jp2文件可以通过参考软件来解码，参考软件产生的jp2文件可以通过北格逻辑的JPEG2000 IP来解码。 标准版本的编解码过程，是对照着JPEG2000规范来实施的，编解码后的信比与参考软件几乎一致。 JPEG2000标准版本可以用于处理单张图片，也可以用于处理视频流。 北格逻辑的JPEG2000 IP是一款经过深度工程优化的FPGA IP，紧凑的设计使得IP使用更少的逻辑资源和更低的功耗。
低延迟版本是在标准版本的基础上，针对视频应用进行优化，降低端到端延迟。在低延迟版本中，采用了创新性的码率控制算法， 收到图像的若干行后就可以开始预测和计算最佳截断点，从而获得更低的延迟。低延迟版本输出时采用北格逻辑私有格式， 可以减少封装格式带来的字节开销，同时更有利于在解码器中快速解码。在低延迟版本中， JPEG2000编解码IP的端到端延迟(HDMI输入-JPEG2000编码-网络传输-JPEG2000解码-HDMI输出)可以控制在8.5ms以内， 极端情况下可以控制在2ms以内，非常符合一些对延迟要求严格的应用场景。同时，JPEG2000的渐进式传输特性在IP中得以保留， 编码端可以将4K分辨率下的码流分成主码流和次码流，主码流包含完整4K分辨率下的所有信息， 次码流则是1080P分辨率下的所有信息;解码端可以选择解码4K图像或者1080P图像。
jpeg2000标准版的信噪比图(三级9/7小波+CB大小64x4)对比
可以看到仅仅在低压缩倍数时，北格逻辑的JPEG2000 IP的信噪比略低于官方参考软件， 这是因为软件版本的计算过程使用浮点数保留更高的精度，同时使用了更多的位平面编码; 我们的JPEG2000 IP如果使用更多的逻辑资源也可以达到样的信噪比。 在高压缩倍数下，两个版本的信噪比几乎一致。 为了减少资源使用率， 以及匹配大多数应用场景(压缩倍数>10)，我们采用了更紧凑的设计。
JPEG 2000编解码器IP核可用于最新的FPGA器件，提供低延迟、高画质、低成本的解决方案。 结合北格逻辑其他视频处理模块(HDMI/SDI输入输出、VPSS、网络传输等)，应用于分布式视频系统等应用场景。 目前该JPEG2000 FPGA IP已经在XILINX Kintex-7和UltraScaler&UltraScaler+系列上进行过充分验证和批量使用， 已达到稳定商用状态。此外，北格逻辑可提供硬件平台(基于Xilinx KU3P FPGA)，用于演示JPEG2000编解码过程， 实际观察JPEG2000的码率、画质和延迟参数。对于特殊的分辨率、帧率以及色深，北格逻辑可提供定制开发服务， 打造资源最小的版本，降低JPEG2000的部署成本。
JPEG2000编解码器演示环境示意图
| 标准版本 | 低延迟版本 | |
|---|---|---|
| 最大性能 | 4K@60fps | 4K@60fps |
| 延迟(端到端) | 1帧+2ms | 8.5ms |
| 颜色空间 | RGB/YUV444/YUV422/灰度图(PGM) | RGB/YUV444/YUV422 |
| 色深 | 8/10/12 | 8/10/12 |
| 小波(DWT)类型 | 9/7小波(有损)、5/3小波(无损) | 9/7小波(有损) |
| 小波(DWT)级数 | 3级-6级 | 3级-6级 |
| 量化步长 | 可配置 | 可配置 |
| 质量层 | 1层 | 1层 |
| 压缩倍数 | 1-25倍，可动态配置 | 1-25倍，可动态配置 |
| 编码输入格式 | AXI-Stream | AXI-Stream |
| 编码输出格式 | .jp2、.j2c | 北格逻辑私有格式 |
| 解码输入格式 | .jp2、.j2c | 北格逻辑私有格式 |
| 解码输出格式 | AXI-Stream | AXI-Stream |
| CB大小 | 32x32、64x64 | 64x4、16x16、32x8 |
| 渐进顺序 | CPRL | PCRL |