[发明专利]基于binDCT算法的JPEG压缩系统

说明书

本发明公开了一种基于binDCT的JPEG压缩系统重点改进在压缩算法方面，采用的算法为新兴binDCT算法。在这种算法中，所有系数为二进制和所有的乘法被代替为移位和加法操作，因此可以更简单和快速的通过硬件和软件实现。通过二进制DCT算法降低了DCT转换的复杂性，同时相对传统算法，本发明以牺牲一定的图像质量作为代价，提高图像的压缩率，因而可以广泛应用与类似无线头监控等各种无线多媒体传感网系统中。

技术领域

本发明涉及一种图像压缩系统，具体涉及一种面向无线传感网的低开销、高压缩率且基于binDCT算法的JPEG压缩系统。

背景技术

从20世纪60年代起，随着电子技术和计算机技术的不断提高和普及，应用数字方法进行图像处理(数字图像处理)进入了高速发展时期。图像的数字化处理表示使得图像信号可以高质量地传输，并便于图像的检索、分析、处理和存储。但是，数字图像的表示需要大量的数据空间，因而必须进行数据压缩编码。

经过30多年的基础研究，图像压缩编码研究从20世纪80年代末90 年代初进入新的时期。一方面进入到实用化的研究，另一方面继续深入理论研究。

实用化方面的研究集中在国际标准化组织和国际电信联盟ITU联合制订的几个标准上，有力地推动了实用开发工作。于1988年形成草案，1990 年通过的ITU-TH.261建议，是图像压缩编码技术走向实用化的重要一步，它是图像压缩编码40年研究成果的结品。进入90年代后相继提出了一系列图像国际压缩编码的标准。这些建议普遍采用的混合编码技术是当今最实用的高效编码方法，得到了广泛的推广与应用。图像压缩技术的发展趋势是：算法更复杂，压缩率更高，JPEG的压缩率在l:20左右，JPEG2000的压缩率将为l:200或更高，MPEG压缩标准也已经过几代发展，从MPEG-1到 MPEG-2，到现在的MPEG-4，压缩算法越来越复杂，运算量越来越大，压缩率也越来越高。

无线多媒体传感器网络(WMSN)是在传统无线传感器网络(WSN)的基础上发展起来的具有音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的新型传感器网络。在无线多媒体传感网中，拥有一个高效的处理视频流的JPEG IP核十分重要。

在无线多跳的环境中，未压缩的原始视频流需要极大的带宽。因此，很明显对于多媒体传感器网络需要有效的无损压缩技术。传统的应用于无线和有线的视频编码技术是基于通过源编码器采用统计学方法减少比特产生速率。为达到这个目的，编码器通过帧内压缩技术减少一帧内的冗余信息，同时也有采用帧间压缩技术(也称为预测编码或运动估计)减少连续振之间的冗余信息。

国际上对JPEG编码器的研究主要是集中在这几个方面：压缩算法改进，可重构芯片以及IP核重架构。动态可重构允许在运行时有选择的替代某些逻辑块，用以提高FPGA的面积利用率。关于可重构芯片的方法。一般是基于混合硬件/软件架构。将其中计算密集型的应用程序组件映射到特定的硬件内核中。这些内核同台的分配FPGA资源。而剩余的由软件实现。通过这种方法以牺牲少量性能的方式来减少更多的面积。再有就是通过修改IP核的架构来实现低开销的编码器，例如QihuiZhang提到一种新的架构方式，将二维DCT计算模块利用分别的部分允许两个一维连续变换进行行列分解，其中间结果与一个平行内存换位，可达到较高的运行频率，并通过额外的 SIPO，PISO以及寄存器bank来实现。

但是目前的JPEG的研究热点为优化处理器速度和得到高质量的图像。此种设计和无线传感网的低开销和图像高压缩率要求相悖，并且这些方法具有较高的复杂度，实现较为复杂。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足提供一种基于binDCT算法的JPEG压缩系统，其解决了目前图像压缩系统的低压缩率、高开销和高复杂度等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：