基於FPGA的無損圖像壓縮系統設計

2020-12-08 電子產品世界

編者按：　　摘要：本文簡要介紹了圖像壓縮的重要性和常用的無損圖像壓縮算法，分析了快速高效無損圖像壓縮算法(FELICS)的優勢，隨後詳細分析了該算法的編碼步驟和硬體實現方案，最後公布了基於該方案的FPGA性能指標。和其他壓縮算法相比該方案可極大地減小無損圖像壓縮系統所需的存儲空間和壓縮時間。　　引言　　隨著信息技術的巨大革新，數據存儲和傳輸開始在人類生活中變得越來越重要，數據壓縮技術因而應運而生，它不僅能減少數據存儲所需的空間還可以緩解傳輸帶寬的壓力。數據壓縮可以分為有損壓縮和無損壓縮兩種，其中有損壓縮技

　　摘要：本文簡要介紹了圖像壓縮的重要性和常用的無損圖像壓縮算法，分析了快速高效無損圖像壓縮算法(FELICS)的優勢，隨後詳細分析了該算法的編碼步驟和硬體實現方案，最後公布了基於該方案的FPGA性能指標。和其他壓縮算法相比該方案可極大地減小無損圖像壓縮系統所需的存儲空間和壓縮時間。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/267434.htm

　　引言

　　隨著信息技術的巨大革新，數據存儲和傳輸開始在人類生活中變得越來越重要，數據壓縮技術因而應運而生，它不僅能減少數據存儲所需的空間還可以緩解傳輸帶寬的壓力。數據壓縮可以分為有損壓縮和無損壓縮兩種，其中有損壓縮技術可以獲得較高的壓縮比，但是會丟失一些圖片信息，可以應用在對圖像質量要求不高的領域，但是在醫療圖像、航天圖像等特殊領域中，則要求圖像壓縮算法是無損的[1]。

　　無損壓縮技術可以去除冗餘信息並保證重建的步驟不會對原始信息帶來任何損失。這樣一來，解碼後的信息就和原始信息精確相等。CALIC [2]和JPEG-LS[3]等諸多算法都已經被廣泛應用在這一領域。另外，離散小波變換(DWT)算法也常被用來放鬆對開環視頻編碼系統存儲空間和帶寬的要求。但是，這些算法大多對數據具有嚴重的依賴性並且編碼步驟較為複雜，因此限制了其在高速產品中的應用。快速高效無損圖像壓縮系統(FELICS)於1993年由P.G.howard提出[4]，這是一種以編碼效率見長的無損圖像壓縮算法，並且編碼時對數據沒有依賴性，因此能應用在高速壓縮系統中[5-6]。幾種壓縮算法的壓縮比和壓縮時間對比如圖1所示，可以看出FELICS算法壓縮比適中，但壓縮效率的優勢較為明顯。

　　接下來將詳細分析FELICS算法的優勢和具體的編碼步驟，最後將針對這一壓縮算法提出一種基於FPGA的硬體實現方案。

　　1 整體算法設計

　　FELICS算法中應用到三種主要的技術手段：像素點分布模型的選取、修正的二元編碼和GOLOMB-RICE熵編碼。

　　1.1 像素點分布模型

　　整幅圖像前兩個像素點不進行編碼處理直接輸出，從第三個像素點開始選取與之相鄰的兩個像素點作為參考像素點，參考像素點的選取規則如圖3所示，用i和j來表示行號和列號，P,N1和N2表示當前像素點和兩個參考像素點，選取規則如下：

　　If (i==1 && j<3) 直接輸出，無需編碼

　　If (i==1 && j>2) N1=P[i,j-1],N2=P[i,j-2];

　　If (i>1 && j==1) N1=P[i-1,j],N2=P[i-1,j+1];

　　If (i>1 && j>1) N1=P[i,j-1],N2=P[i-1,j];

　　選出參考像素點N1與N2之後，將二者進行比較，記較大者為H，較小者為L，Δ為H-L。

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