[發(fā)明專利]面向硬件實現(xiàn)的快速高效無損圖像壓縮方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410298885.8
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104038765A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚素英;于瀟;徐江濤;史再峰;高靜;聶凱明;高志遠
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H04N19/426
• 分類號: H04N19/426;H04N19/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子學(xué)的集成電路設(shè)計領(lǐng)域和數(shù)字圖像編碼壓縮領(lǐng)域，尤其涉及一種面向硬件實現(xiàn)的快速高效無損圖像壓縮方法。?

技術(shù)背景

數(shù)字圖像傳感器廣泛應(yīng)用在各種視頻應(yīng)用領(lǐng)域，由于圖像的數(shù)據(jù)量很大，所以在圖像傳輸前要對圖像進行有損或無損壓縮，有損壓縮一般應(yīng)用在對圖像質(zhì)量要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域，但是醫(yī)學(xué)圖像等一些高端應(yīng)用領(lǐng)域要求圖像必須采用無損壓縮。快速高效無損圖像壓縮系統(tǒng)(fast?and?efficient?lossless?image?compression?system，F(xiàn)ELICS)是一個快速高效的無損圖像壓縮算法，比工作在無損模式下的JPEG(Joint?Photographic?Experts?Group)算法快5倍，且能夠達到相同的壓縮比，同時快速高效無損圖像壓縮系統(tǒng)算法復(fù)雜度低，因此非常適合應(yīng)用于醫(yī)療內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。但是算法中哥倫布·萊斯(Golomb-Rice)編碼的k參數(shù)選取需要一塊大容量的存儲器，更新存儲器的過程更是消耗大量功耗與時鐘周期，對面積和功耗提出了很大的要求并且限制了系統(tǒng)的吞吐率。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向硬件實現(xiàn)的快速高效無損圖像壓縮方法。與傳統(tǒng)的FELICS算法相比，能夠簡化Golomn-Rice編碼中k參數(shù)的選取過程，減小所需存儲器的大小并縮短計算周期，提高圖像壓縮系統(tǒng)的效率。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，面向硬件實現(xiàn)的快速高效無損圖像壓縮方法，包括如下步驟：編碼一幀圖像，采用標(biāo)準(zhǔn)的FELICS算法不進行任何編碼直接輸出前2個像素，然后按照光柵掃描順序依次對像素進行編碼，具體編碼步驟如下：?

1)選取當(dāng)前像素P和2個相鄰像素N1、N2，N1與N2已知，且已編碼，為P提供相關(guān)信息；其中按照當(dāng)前像素P點的位置分為四種情況對相鄰像素進行選取：若P點為第一行的前兩個像素，則不對P進行編碼，直接輸出；若P為第一行的其余像素，則選取左邊兩個像素值作為參考值；若P為第一列而非第一行的像素，則選取P上方和右上方兩個像素作為參考值；若P在上述三種情況以外的位置則選取P左側(cè)和上方兩個像素作為參考值；?

2)計算預(yù)測區(qū)間下界L＝min{N1，N2}，上界H＝max{N1，N2}，預(yù)測上下文Δ＝H－L；其中L為兩個參考像素值中較小者，H為較大者，Δ為較大者與較小者的差值，即預(yù)測區(qū)間；?

3)如果L≤P≤H，像素P落在預(yù)測區(qū)間[L，H]，編碼1bit的0并置于該像素輸出編碼的最高位，表示像素P落在預(yù)測區(qū)間內(nèi)，然后對P－L在[0，Δ]內(nèi)進行修正的二元編碼；如果L＞P，則像素P低于預(yù)測區(qū)間，編碼1bit的1，表示像素P落在預(yù)測區(qū)間外，再用1bit的0表示低于預(yù)測區(qū)間，并將‘10’置于輸出編碼的最高位，然后計算出P點與預(yù)測區(qū)間邊界的差值D＝L－P－1，對該差值D進行Golomb-Rice編碼；如果P＞H，則像素P處于高于預(yù)測區(qū)間，編碼1bit的1，表示像素P落在預(yù)測區(qū)間外，再用1bit的?1表示高于預(yù)測區(qū)間，并將‘11’置于輸出編碼的最高位；然后計算出P點與預(yù)測區(qū)間邊界的差值D，D＝P－H－1，對該差值D進行Golomb-Rice編碼；?

當(dāng)像素值落在預(yù)測區(qū)間外時將采用Golomb-Rice編碼，在開始一幀圖像處理前建立一個編碼累加表C[Δ][k]，其中Δ取值范圍同像素值的變化范圍，k取值范圍為0至像素位深度；每次Golomb-Rice?codes編碼時，根據(jù)Δ0＝H－L確定k，即選取最小的k0，使?

C[Δ₀][k₀]≤C[Δ₀][k]，k＝0，1，...，???(1)?

對于每一個預(yù)測上下文的Δ，編碼累加表C[Δ][k]記錄了使用每一個可能的k值(0，1，…)時Golomb-Rice編碼的編碼總長度，同時使用令編碼總長度最小的k值進行下一次編碼；?

參數(shù)k確定后，對D/2k進行一元編碼；后對差值D剩余的低k位進行二元編碼?

最后要更新編碼累加表:?

C[Δ₀][k]＝C[Δ₀][k]+D/2^k+k+1,k＝0，1，...，7???(2)?

觀察FELICS的編碼過程，編、解碼器要在Golomb-Rice編碼下對Δ(0～255)，在k(0～像素位深度)下累計編碼位，從而需要256×8W?bits的存儲空間，W表示編碼累加值的位寬。更新編碼累加表的過程也要消耗額外的操作周期。?