[發明專利]一種基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法

在審

• 申請號: 202110561312.X
• 申請日: 2021-05-22
• 公開（公告）號: CN113301344A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉貴鵬;鐘昕岑;宋家毓;呂秀睿;姜賀亮;謝雨軒;趙桂娟
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H04N19/423
• 分類號: H04N19/423;H04N19/625;H04N19/61;H04N19/124;H04N19/129;H04N19/119;H04N19/186;H04N19/91;H04N9/67
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張晉

1.一種基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法，其特征在于，所述圖像壓縮方法包括步驟：圖像分割、為色域變換A、2D-DCT變換、量化與Zigzag、DC系數差分預測編碼、行程長度編碼以及Huffman編碼，所述圖像解壓方法包括步驟：熵編碼對應的解碼、反量化與Zigzag、反2D-DCT變換以及色域變換B的過程。

2.一種基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法，其特征在于，所述圖像壓縮方法，首先輸入RGB565或RGB888格式的目標圖像；

所述圖像分割是采用條帶法將圖像分割分為N行數據輸出到下一模塊，具體過程為：將目標圖像的數據按順序循環寫入兩組RAM中，并將另一組未在寫入狀態下的RAM中的數據傳給下一模塊，循環該過程直到將目標圖像分割結束；

所述N為整數；

所述色域變換A過程是指將模塊中的RGB格式數據轉化YUV，所需公式如下:

Y＝0.299*R+0.587*G+0.114*B-128

U＝-0.1684*R-0.3313*G+0.5*B

V＝0.5*R-0.4187*G-0.0813*B

具體方法：將RGB格式數據的R、G、B三個通道的8位數據通過一系列的乘法后變為三個16位的數據，取R、G、B所對應結果的高8位數據，即為YUV格式；將YUV形式數據進行2D-DCT變換；

所述2D-DCT變換過程包括第一次1D-DCT變換,并依次存入RAM中,組成8*8的數據塊，再按行進行第二次1D-DCT變換；

所述1D-DCT變換如下式：

將上式做變形，那么1D-DCT可以化簡為：

F＝Af

所述常系數矩陣A為8行8列；

同理可得2D-DCT可化簡為：

F＝CfC^T

所述量化和Zigzag過程將量化后的數據直接進行Zigzag排列；

所述DC系數差分預測編碼是指以2D-DCT變換后的8*8的數據塊的第一個數據為直流數據，其余63個數據為交流數據，將第一個直流數據記下，用后一個直流數據與前一個數據塊中的直流數據做減法記錄下差值，并將這些差值和第一個直流數據保留在存儲器中；

所述行程長度編碼是指將Zigzag排列后的數據，將交流數據中出現的多個0進行合并編碼；

所述的Huffman編碼是指將DC系數差分預測編碼后的數據和行程長度編碼后的數據按照其出現的概率大小進行編碼。

3.根據權利要求2所述的基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法，所述圖像解壓方法包括的熵編碼對應的解碼過程，是指對熵編碼的數據進行Huffman編碼的解碼，解碼后的數據再按照直流和交流分別進行差分預測解碼和行程長度解碼；

所述反量化與Zigzag過程是指對解壓出的數據按照Y、U、V三個通道所對應的量化表格先進行對應的移位操作，再將移位后得到的數據反Zigzag進行排列；

所述反2D-DCT變換是指對排列后的數據按行進行1D-DCT變換，再存儲，組成8*8的數據塊，再按列進行1D-DCT變換；

所述的色域變換B過程，是指將YUV的數據通過移位轉化為RGB格式的數據，最后輸出RGB565或RGB88格式圖像。

4.根據權利要求3所述的基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法，所述輸入圖像為RGB565格式，則將RGB565高5位數據作為R的高5位數據后面補3位0，將低5位數據作為B的高5位數據后面補上3位0，將剩下的6為數據作為G的高6位數據后面補上2個0，再按照R、G、B的順序排列轉化后的數據格式為RGB888。

5.根據權利要求4所述的基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法，所述色域變換A的具體步驟：采用移位的方法，將系數乘以256(向左移位8位)，再將整數部分通過移位加法，取運算結果的高8位。

6.根據權利要求5所述的基于FPGA的圖像壓縮與解壓方法，其特征在于，所述色域變換B過程中，YUV數據三個通道的數據會按照各自在通道里的順序對齊，對三個通道的數據做移位和加法后，三個通道的數據變為16位，再取高8位數據依次對應R、G、B的數據。