[发明专利]基于小波变换和算术编码的图像压缩的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理技术领域的装置和方法，具体是一种基于小波变换和算术编码的图像压缩的装置及方法。

背景技术

目前，小波变换是一种可应用于图像变换的数学变换方法，基于小波变换的数字图像压缩编码以JPEG2000标准编码方法为代表，但是由于其运算复杂度较高，目前并未广泛应用。图像变换的目的是改变图像数据的分布或者可以分离各类重要信息，以便于进行熵编码。小波变换可以分离图像的高频和低频信息，使低频信息集中于低频子带(LL子带)，横向、纵向和对角线方向的高频信息分别分布在LH、HL和HH子带中，这些子带是系数的集合，后续运算是针对这些系数进行的。这有利于针对不同子带的性质进行编码。而且运用5/3小波可进行整数无损变换，没有浮点运算所带来的各种额外开销。

低频预测是为了消除小波低频系数的冗余所做的运算。由于低频系数的值取值范围较大，不适于后续的熵编码，经过低频预测后，得到系数的残差，残差的分布更适于熵编码。

矢量量化是先将数据分组然后组成矢量，最后针对矢量进行量化的方法。首先要求待编码的数据处于所要求的范围，然后对于该数据在码本中找到最接近该矢量的码矢量，用这个码矢量编码待编码矢量。由于码本大小远小于待编码矢量所可能出现的组合，因此，编码后的冗余会很小。

算术编码可以将一串符号序列编码为一个0到1之间的小数，编码效率一般比哈夫曼编码高。

经过对现有技术的检索发现，在基于小波变换的VLSI图像压缩编码器(中国国家知识产权局2009.04.08)中所描述的编码器所用的熵编码是哥伦布编码。在较低的运算复杂度下取得了较好的压缩效果。

但是该现有技术所采用的熵编码方法并不能取得并不如算术编码效率高，仅是一个为了避免JPEG2000熵编码运算复杂的替代熵编码方法，其编码效率远不及算术编码高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于小波变换和算术编码的图像压缩的装置及方法，使其具有较高的压缩效率和较低的运算复杂度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于小波变换和算术编码的图像压缩的装置，包括：读取单元、运算池单元、小波变换单元、系数写回单元、低频预测单元、矢量量化单元和算术编码单元，其中：

运算池单元从外部接收和缓存图像原始数据并输出图像原始数据至小波变换单元，小波变换单元进行小波变换运算得到并由系数写回单元写回运算池单元的各级小波系数或低频预测结果至读取单元，读取单元分别与小波变换单元、低频预测单元和矢量量化单元相连并输出图像原始数据和经过小波变换单元小波变换运算得到并由系数写回单元写回运算池单元的各级小波系数至小波变换单元，读取单元输出最高级的低频小波系数至低频预测单元并输出低频预测结果至算术编码单元，小波变换单元接收读取单元输出的图像原始数据或除最高级低频的各级低频小波系数，经小波变换后输出对应输入小波系数等级的高、低频小波系数至系数写回单元，系数写回单元分别与小波变换单元和低频预测单元相连并接收小波变换单元输出的小波系数和低频预测单元输出地低频预测结果，经地址映射输出小波系数和低频预测结果至运算池单元，低频预测单元接收读取单元输出的低频小波系数并进行低频预测运算后输出低频预测结果至系数写回单元，矢量量化单元接收读取单元输出的低频预测结果和其他小波系数并进行矢量量化运算后输出矢量量化符号至算数编码单元，算数编码单元对矢量量化符号进行算术编码运算并输出算术编码的码字。

所述的读取单元由三个分别控制小波变换单元、低频预测单元和矢量量化单元对运算池单元的读取地址的地址发生器组成，其中：

第一地址发生器分别与图像小波运算装置和运算池单元相连，并且：在一级小波变换时按照对图像内部从上到下，从左到右的读取顺序生成地址；在二级小波变换时按照从上到下，从左到右的读取顺序且读取的相邻像素之间行列间隔是1；以此类推，在第三级及后续小波变换时采用的行列间隔为2^k-1-1，其中k为小波变换级数次；

第二地址发生器分别与低频预测单元和运算池单元相连并计算低频子带最右下角地址，按照图像内部从下到上，从右到左的读取顺序根据变换级数产生各低频子带元素的地址；

第三地址发生器分别与矢量量化单元和运算池单元相连并按照从高级到低级、图像内部从上到下，从左到右的读取顺序产生LL、LH、HL以及HH共四个子带的地址。