JPEG_LS常规编码硬件实现方法技术

本发明专利技术公开了一种JPEG_LS常规编码硬件实现方法，主要解决目前JPEG_LS编码时参数更新与误差值计算结构复杂、处理速率缓慢的问题。本发明专利技术采用四级反馈回路，实时更新并反馈参数更新值，用当前像素点的前两个点误差修正参数值预测误差值，利用两步预测，简化了误差值计算过程，得到第一步预测结果后，对预测结果进行后续运算，合理地安排了每一级的数据处理量，能够在更新的同时进行误差预测，最终获得哥伦布参数进行哥伦布编码，输出压缩码流。本发明专利技术具有处理速度快，占用资源少，简单易行的优点，易于FPGA实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，更进一步涉及JPEG_LS (Joint PhotographicExperts Group-IoSSleSS )图像压缩系统中一种高效低资源的常规编码硬件实现方法。本专利技术以全流水结构完成图像压缩处理，可以优化JPEG_LS常规编码硬件实现结构，提高图像处理速率，节省现场可编程门阵列的硬件资源，尤其适用于遥感图像压缩处理。
技术介绍
JPEG_LS图像压缩方法广泛应用于图像压缩领域，由于其常规编码中的参数需要实时更新，更新时需要使用当前像素点计算出的误差值，而计算误差值时又要利用更新出的预测误差修正参数，这种循环结构的出现，导致JPEG_LS常规编码不易按流水结构实现。若在更新参数后再进行误差运算，在计算误差后会堆积大量的运算量，导致处理速度缓慢。美国西门子医疗解决公司在其申请的专利“用于医学图像的基于快速JPEG_LS的压缩方法”(专利申请号200710141738，公开号CN101132531A)中公开了一种基于医学图像的JPEG_LS快速压缩方法。该方法提供图像数据压缩和重建技术优化，通过在图像数据压缩之前创建数据结构，实现了在图像数据压缩期间对预计算的量化值存取。同时，通过执行量化矢量到相应量化值的一对一映射，完成量化合并操作，其预测技术可以减轻相邻像素点的噪声对当前像素的影响。该专利申请存在的不足之处是仅仅在量化和合并部分进行了优化，计算误差与更新参数部分的处理结构复杂，在更新参数后堆积大量需要处理的数据，致使处理速率缓慢，而且该方法专门应用于医学图像压缩，没有涉及到遥感图像等的压缩处理方法。西安空间无线电技术研究所申请的专利“一种JPEG_LS图像压缩的码率控制方法”(专利申请号201010617932. 2，公开号CN102088602A)中公开了一种JPEG_LS的码率控制方法。该专利申请通过实际码率和目标码率的累积偏差量，动态调整参数值的大小，从而使不同的图像内容经过JPEG_LS压缩后，都能以接近要求的码率进行输出。该方法将压缩编码模块与码率控制模块组成反馈环路，对分割后的子图自适应的调节参数值大小，其输出码流经过缓存控制模块后以恒定码率输出。该专利申请存在的不足之处是仅仅涉及JPEG_LS的压缩码率控制优化实现，采用顺序执行方式，在获得更新参数后进行误差值计算，处理过程耗费大量的时钟周期，没有合理地安排每个时钟周期处理的数据量，致使个别时钟周期数据量过多，产生最差路径，导致处理速率缓慢。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于JPEG_LS常规编码的硬件实现方法。该方法通过引用反馈回路，将更新的参数实时反馈，根据每次反馈的预测误差修正参数对预测中值进行预测与修正，对每个时钟周期合理安排处理数据量，优化最差路径，提闻处理速度。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是将更新的参数作为反馈数据，向更新操作以前的处理级反馈更新的参数。在更新操作前，分三步实现误差的预测，第一步，获得两个像素点前的预测误差参数，通过此参数，按照预测误差参数的取值规律性，衍生出九种预测中值修正结果；第二步，获得一个像素点前的预测误差参数，按照预测误差参数的取值规律性，选取三种预测中值修正结果，分别对预测中值修正结果进行误差值运算；第三步，获得上一个像素点的预测误差参数，按照预测误差参数的取值规律性，从三个预测中值修正结果中选取一个作为误差值，实现预测过程。上述预测技术方案简化了更新参数与计算误差值之间的复杂结构，在预测误差值的第二步进行了误差值计算，合理地安排了每一个处理级的运算量，加快了处理速度。 本专利技术包括以下步骤(I)输入像素点Ia)将需要压缩的图像像素点输入到JPEG_LS编码器中；Ib)按照当前像素点与其邻近点的相应位置关系a、b、C、d，依次从随机存储器中读出当前像素点的邻近点及其对应位置关系的信息；Ic)将当前像素点的符号位信号输入到JPEG_LS编码器中；Id)将需要压缩的图像参数更新使能信号输入JPEG_LS编码器中；Ie)将需要压缩图像的最大值信号输入到JPEG_LS编码器中；If)将需要压缩图像的误差范围修正值、误差范围上限值及下限值输入到JPEG_LS编码器中。(2)获取梯度值2a)计算梯度将邻近点中的d值与b值相减，得到的结果记为梯度一，将b值与c值相减，得到的结果记为梯度二，将c值与a值相减，得到的结果记为梯度三；2b)量化梯度将JPEG_LS常规编码标准方法的八个固定数值作为门限值，利用八个门限值将整体数字空间划分为九个区域，每个区域对应一个量化值，将步骤2a)获得的三个梯度值与八个门限值分别作比较，选择仅小于梯度值的门限值作为区域下限值，选择仅大于梯度值的门限值作为区域上限值，将下限值与上限值对应区域的量化值作为其梯度量化值；2c)修正梯度值分别判断三个梯度量化值是否为负数，若是负数，取其绝对值作为梯度量化值，将符号位信号修正为“-I ”，如果是正数，三个梯度量化值与符号位信号取值不变，将符号位信号值及梯度量化值存入移位寄存器中。(3)获取预测中值比较步骤Ib)中a值与b值的大小，若a大于b，则将a作为较大值，将b作为较小值，否则将b作为较大值,将a作为较小值；比较c值与较大值的大小,若c值大于较大值，则预测中值等于较小值，否则，比较c值与较小值的大小，若c值小于较小值，则预测中值取较大值，否则，预测中值取a值加上b值再减去c值的结果，将预测中值存入移位寄存器中。(4)获取索引值信息第一步4a)将JPEG_LS常规编码标准方法的索引值参数作为梯度量化值的加和系数，对三个梯度量化值进行加和运算，得到第一步索引值，将第一步索引值存入移位寄存器中；4b)提取编码器中的参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“0”，若等于，将第一步索引值比较信号设置为“0”，否则，提取步骤Sb)中的更新索引值，判断第一步索引值与更新索引值是否相等，若相等，将第一步索引值比较信号设置为“1”，若不相等，将第一步索引值比较信号设置为“O”，将第一步索引值比较信号存入移位寄存器中。(5)获取索引值信息第二步5a)设置初始参数值提取移位寄存器中的第一步索引值，查找随机存储器中索引值的存储记录，判断第一步索引值是否为第一次使用若是，将初始参数值设置为JPEG_LS常规编码标准方法的初始值，将移位寄存器中的第一步索引值比较信号修正为“ 1”，否贝1J，提取步骤8b)中的更新参数值，将初始参数值设置为更新参数值，将初始参数值存入移位寄存器中；5b)提取编码器中参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“0”，若等于，将第二步索引值比较信号设置为“0”，否则，提取步骤Sb)中的更新索引值，判断更新索引值与第一步索引值是否相等，若相等，将第二步索引值比较信号设置为“1”，否则，将第二步索引值比较信号设置为“0”，将第二步索引值比较信号存入移位寄存器中；5c)令第二步索引值等于第一步索引值，将第二步索引值存入移位寄存器中。·(6)第一次预测误差修正参数6a)提取移位寄存器中参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“0”，若等于，将第三步索引值比较信号设置为“0”，否则，提取步骤Sb)中的更新索引值与移位寄存器中的第二步索引值，判断更新索引值与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种JPEG_LS常规编码硬件实现方法，包括以下步骤 (1)输入像素点 Ia)将需要压缩的图像像素点输入到JPEG_LS编码器中； Ib)按照当前像素点与其邻近点的相应位置关系a、b、c、d，依次从随机存储器中读出当前像素点的邻近点及其对应位置关系的信息； Ic)将当前像素点的符号位信号输入到JPEG_LS编码器中； Id)将需要压缩的图像参数更新使能信号输入JPEG_LS编码器中； Ie)将需要压缩图像的最大值信号输入到JPEG_LS编码器中； If)将需要压缩图像的误差范围修正值、误差范围上限值及下限值输入到JPEG_LS编 码器中； (2)获取梯度值 2a)计算梯度将邻近点中的d值与b值相减，得到的结果记为梯度一，将b值与c值相减，得到的结果记为梯度二，将c值与a值相减，得到的结果记为梯度三； 2b)量化梯度将JPEG_LS常规编码标准方法的八个固定数值作为门限值，利用八个门限值将整体数字空间划分为九个区域，每个区域对应一个量化值，将步骤2a)获得的三个梯度值与八个门限值分别作比较，选择仅小于梯度值的门限值作为区域下限值，选择仅大于梯度值的门限值作为区域上限值，将下限值与上限值对应区域的量化值作为其梯度量化值； 2c)修正梯度值分别判断三个梯度量化值是否为负数，若是负数，取其绝对值作为梯度量化值，将符号位信号修正为“-1”，如果是正数，三个梯度量化值与符号位信号取值不变，将符号位信号值及梯度量化值存入移位寄存器中； (3)获取预测中值 比较步骤Ib)中a值与b值的大小，若a大于b，则将a作为较大值，将b作为较小值，否则将b作为较大值,将a作为较小值；比较c值与较大值的大小,若c值大于较大值,则预测中值等于较小值，否则，比较c值与较小值的大小，若c值小于较小值，则预测中值取较大值，否则，预测中值取a值加上b值再减去c值的结果，将预测中值存入移位寄存器中； (4)获取索引值信息第一步 4a)将JPEG_LS常规编码标准方法的索引值参数作为梯度量化值的加和系数，对三个梯度量化值进行加和运算，得到第一步索引值，将第一步索引值存入移位寄存器中； 4b)提取编码器中的参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“O”，若等于，将第一步索引值比较信号设置为“O”，否则，提取步骤Sb)中的更新索引值，判断第一步索引值与更新索引值是否相等，若相等，将第一步索引值比较信号设置为“1”，若不相等，将第一步索引值比较信号设置为“O”，将第一步索引值比较信号存入移位寄存器中； (5)获取索引值信息第二步 5a)设置初始参数值提取移位寄存器中的第一步索引值，查找随机存储器中索引值的存储记录，判断第一步索引值是否为第一次使用若是，将初始参数值设置为JPEG_LS常规编码标准方法的初始值，将移位寄存器中的第一步索引值比较信号修正为“1”，否则，提取步骤Sb)中的更新参数值，将初始参数值设置为更新参数值，将初始参数值存入移位寄存器中；5b)提取编码器中参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“0”，若等于，将第二步索引值比较信号设置为“0”，否则，提取步骤Sb)中的更新索引值，判断更新索引值与第一步索引值是否相等，若相等，将第二步索引值比较信号设置为“ 1”，否则，将第二步索引值比较信号设置为“0”，将第二步索引值比较信号存入移位寄存器中； 5c)令第二步索引值等于第一步索引值，将第二步索引值存入移位寄存器中； (6)第一次预测误差修正参数 6a)提取移位寄存器中参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“0”，若等于，将第三步索引值比较信号设置为“0”，否则，提取步骤Sb)中的更新索引值与移位寄存器中的第二步索引值，判断更新索引值与第二步索引值是否相等，若相等，将第三步索引值比较信号设置为“ 1”，否则，将第三步索引值比较信号设置为“0”，将第三步 索引值比较信号存入移位寄存器中； 6b)设置中间参数值提取移位寄存器中的第二步索引值比较信号，判断第二步索引值比较信号是否等于“ I ”，若是，提取步骤8b)中的更新参数值，将中间参数值设置为更新参数值，否则，提取移位寄存器中的第一步索引值比较信号，判断第一步索引值比较信号是否等于“ I ”，若等于，提取移位寄存器中的初始参数值，令中间参数值等于初始参数值，若不相等，提取随机存储器中第二步索引值对应的参数值，将此参数值作为中间参数值，将中间参数值存入移位寄存器中； 6c)令第三步索引值等于第二步索引值，将第三步索引值存入移位寄存器中； 6d)对参数值中的误差修正参数进行预测，得到九种预测结果，读取步骤(3)中存入移位寄存器的预测中值，对预测中值取绝对值，将预测中值的绝对值分别与九种预测结果相力口，得到的九个值构成第一步预测修正中值； (7)第二次预测误差修正参数 7a)提取编码器中的参数更新使能信号，判断参数更新使能信号是否等于“0”，若等于，将第四步索引值比较信号设置为“0”，若不等于，提取步骤Sb)中的更新索引值与步骤6c)存入移位寄存器的第三步索引值，判断更新索引值与第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷杰，王舒瑶，李云松，王柯俨，张静，贾超群，张毅，魏雯，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：