[发明专利]一种基于FPGA实现的图像无损压缩方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA实现的图像无损压缩方法，属于机器视觉的图像处理技术领域，包括对编码参数进行初始化为零，该编码参数包括预测行的数据、累积预测残差以及上下文组合累积出现次数；并选取两个参考像素点以根据两个参考像素点的像素值计算当前像素点的残差；根据当前像素点的像素值P与所述两个参考像素点的像素值的关系，选取相应的残差编码方法对当前像素点的残差进行编码；在所述待压缩图像的所有像素点的残差编码完成后，对所述编码参数进行更新。本发明在FELICS算法的基础上改进优化，保证图像压缩比的同时提高上位机的解压缩速度，并使得算法运行速度能与千兆以太网传输速度相匹配。

技术领域

本发明涉及机器视觉的图像处理技术领域，特别涉及一种基于FPGA实现的图像无损压缩方法。

背景技术

图像无损压缩技术旨在通过降低图像数据冗余度来获取高压缩比并可以100％重建原图像，该技术在图像数据传输、医学图像以及遥感图像等领域具有广泛的应用，对于图像传输系统，使用无损压缩技术可以提高传输链路的吞吐率。为了满足实时性要求，压缩算法必须具备足够低的复杂度。

图像的像素值信息是一组非负整数，对于深度为N的灰度图像而言，它的像素值范围在[0,2^N-1]内，无损压缩的性能就是由这组数据的信息熵决定的。常见的无损压缩编码有预测编码、熵编码、基于字典匹配的编码(如LZW算法)、游程编码等，实际运用过程中往往是多种编码方法的组合。

联合图像专家组曾经制定了无损图像压缩标准，采用的是LOCO-I压缩算法，这种算法主要由以下四个部分组成：待编码像素的选择器、像素值预测器、预测残差计算器、预测残差编码器。通过像素预测值的合理选择、预测残差的精准建模以及高效的熵编码，最终能达到理想的压缩、解压缩效果。与之类似的压缩算法主要有CALIC、FELICS。

现有的无损压缩技术在保证较高压缩比的前提下其解压速度无法与千兆以太网传输速度相匹配，即使解压速度能与千兆以太网匹配但压缩比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA实现的图像无损压缩方法，以在千兆以太网传输速率下保证上位机端解码的实时性。

为实现以上目的，本发明采用一种基于FPGA实现的图像无损压缩方法，包括：

对编码参数进行初始化为零，该编码参数包括预测行的数据、累积预测残差C[delta]以及上下文组合累积出现次数N[delta]，该预测行为待压缩图像开始编码前的一行缓冲区；

对所述待压缩图像进行逐像素点扫描，并选取两个参考像素点以根据两个参考像素点的像素值计算当前像素点的残差；

根据当前像素点的像素值P与所述两个参考像素点的像素值的关系，选取相应的残差编码方法对当前像素点的残差进行编码；

在所述待压缩图像的所有像素点的残差编码完成后，对所述编码参数进行更新。

进一步地，所述参考像素点的选取标准为：

若所述当前像素点为第一行的第一或第二个像素点，则将当前像素点的像素值编入码流；

若所述当前像素点为第一行非第一或第二个像素点，则将当前像素点左边的两个像素点作为所述参考像素点；

若所述当前像素点为第一列第一行像素点，则将当前像素点正上方的像素点和右上方的像素点作为所述参考像素点；

若所述当前像素点为非第一行和第一列的像素点，则将当前像素点左方的像素点和正上方的像素点作为所述参考像素点。

进一步地，所述对待压缩图像进行逐像素点扫描，并选取两个参考像素点以根据两个参考像素点的像素值计算当前像素点的残差，包括：

将所述两个参考像素点的像素值进行比较，记较大值者为H，较小值者为L；