[发明专利]一种基于FPGA的图像压缩与解压方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的图像压缩与解压方法，所述压缩过程依次包括：图像格式转化、图像分割、RGB转化YUV、2D‑DCT变换、量化和ZIGZAG、DC系数差分预测编码、行程长度编码、Huffman编码；解压过程包括：熵编码对应的解码、反量化、反ZIGZAG编码、反2D‑DCT变换、YUV转化为RGB。本发明通过引入条带法分割图像，以及优化2D‑DCT变换，实现只用单个FPGA无需外加存储器就可以对图像进行压缩与解压，图像压缩极大减少了数据量，解压后的图像恢复性良好。

技术领域

本发明属于图像压缩领域，具体涉及一种基于的基于FPGA的图像压缩与解压方法。

背景技术

图像压缩作为机器视觉中的重要研究方向，在工业、农业、交通运输、安防监控以及军事等领域均应用广泛，但同时也颇具挑战。图像压缩，需先对目标图像进行处理，提取目标图像的具体数据，对具体数据进行编码压缩和编码解压，最终实现对目标图像的压缩与解压过程。

现有技术中对于图像压缩的研究，主要集中在个人计算机上借助Matlab等软件进行试验，但是由于计算机在某些情境下使用依旧不够方便，使得基于计算机的图像压缩技术在一些领域中的应用同样受到限制。

目前基于JBIG的图像压缩算法只能对二值图像进行直接处理，其应用具有很大的局限性；而现有的基于JPEG的图像压缩算法又很复杂，对内存的需求大，一般要将数据放在其他处理器中，很难仅仅依靠FPGA实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于FPGA的图像压缩与解压方法，具体采用JPEG算法进行压缩和解压。

本发明的一种基于FPGA的图像压缩与解压方法，所述图像压缩方法包括步骤：图像分割、色域变换A、2D-DCT变换、量化与Zigzag、DC系数差分预测编码、行程长度编码以及Huffman编码，所述图像解压方法包括步骤：熵编码对应的解码、反量化与Zigzag、反2D-DCT变换以及色域变换B过程。

进一步所述图像压缩方法，首先输入RGB565或RGB888格式的目标图像；输入图像大小可以是800*600或400*600或者其他大小的图像；

所述图像分割是将图像分割为N行数据输出到下一模块，具体过程为：将目标图像的数据按顺序循环写入两组RAM中；第一步，拉高第一组的读使能信号第二组的读使能信号不变(保持在低电平)，将图像第一个N行的数据按行写入第一组N个RAM中，并对其进行计数，当计数到图像列数减一时，将计数器数据归零，拉低第一组的使能信号并拉高第一组的写使能信号，将存在第一组RAM中的数据传到下一个模块；同时拉高第二组的读使能信号，将目标图像第二个N行数据按行写入第二组N个RAM中，并对其进行计数，同上当计数到图像列数减一时，将计数器数据归零，拉低第二组的使能信号并拉高第二组的写使能信号，将存在第二组RAM中的数据传到下一个模块；同时拉低第一组RAM的写使能信号，拉高其读使能信号，将下一个N行的数据存储到第一组RAM中。循环该过程直到将目标图像分割结束。

所述N为整数；

所述色域变换A过程是指将模块中的RGB格式数据转化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

由于FPGA中小数乘法无法直接运算，所以本发明采用移位的方法，来实现。将RGB格式数据的R、G、B三个通道的8位数据通过一系列的乘法后变为三个16位的数据，取R、G、B所对应结果的高8位数据，即为YUV格式；所述色域变换A的具体步骤采用移位的方法，将系数乘以256(向左移位8位)，再将整数部分通过移位加法，取运算结果的高8位。