基于掃描順序變更的jpeg_ls規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像壓縮技術(shù)領(lǐng)域的JPEG_LS標(biāo)準(zhǔn)在硬件上的實(shí)現(xiàn)方法，特別是涉及 一種基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] JPEG_LS是IS0/ITU制定的圖像近無(wú)損壓縮標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于低壓縮比的圖像壓 縮領(lǐng)域，參照?qǐng)D1所示，是現(xiàn)有JPEG_LS標(biāo)準(zhǔn)掃描順序的示意圖，其中11表示第1行第1列 數(shù)據(jù)，6100表示第6行第100列數(shù)據(jù)。圖1中灰色網(wǎng)格線部分表示對(duì)第3行第5列數(shù)據(jù)35 進(jìn)行編碼時(shí)，需要用到第2行第4列數(shù)據(jù)24、第2行第5列數(shù)據(jù)25、第2行第6列數(shù)據(jù)26 的重構(gòu)值和第3行第4列數(shù)據(jù)34的重構(gòu)值。掃描時(shí)依次讀入第1行第1列數(shù)據(jù)11、第1行 第2列數(shù)據(jù)12、第1行第3列數(shù)據(jù)13、第1行第4列數(shù)據(jù)14、第1行第5列數(shù)據(jù)15、第1行 第6列數(shù)據(jù)16、第1行第7列數(shù)據(jù)17……直至此行讀入完畢再依次讀入第2行數(shù)據(jù)，第3 行數(shù)據(jù)，第4行數(shù)據(jù)，第5行數(shù)據(jù)，第6行數(shù)據(jù)。由于其規(guī)則編碼時(shí)，當(dāng)前像素梯度計(jì)算需要 用到上一像素的重構(gòu)值，即存在重構(gòu)值的反饋，因此無(wú)法用流水線實(shí)現(xiàn)，而重構(gòu)值的計(jì)算又 要經(jīng)過(guò)梯度計(jì)算與量化、狀態(tài)緩存索引值計(jì)算、用于預(yù)測(cè)修正的狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取、預(yù)測(cè)值計(jì)算 與修正、預(yù)測(cè)誤差計(jì)算、量化誤差生成和重構(gòu)值生成等多個(gè)步驟，從而導(dǎo)致JPEG_LS壓縮處 理速度緩慢。
[0003] 西安電子科技大學(xué)申請(qǐng)的專(zhuān)利"JPEG_LS常規(guī)編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法"（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201210198818.X)中公開(kāi)了一種JPEG_LS常規(guī)編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法。該專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)四級(jí) 反饋回路將更新的參數(shù)實(shí)時(shí)反饋，根據(jù)每次反饋的預(yù)測(cè)誤差修正參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)中值進(jìn)行預(yù)測(cè) 與修正，對(duì)每個(gè)時(shí)鐘周期合理安排處理數(shù)據(jù)量，從而達(dá)到優(yōu)化最差路徑，提高處理速度的目 的。該技術(shù)方案的不足是僅針對(duì)參數(shù)實(shí)時(shí)更新路徑，而對(duì)重構(gòu)值路徑未做處理，因此該方法 用于無(wú)損壓縮時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，當(dāng)近無(wú)損時(shí)會(huì)遇到重構(gòu)值路徑處理緩慢的問(wèn)題。
[0004] 北京空間機(jī)電研究所申請(qǐng)的專(zhuān)利"基于改進(jìn)JPEG_LS算法的遙感圖像近無(wú)損壓縮 硬件實(shí)現(xiàn)方法"（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910082680. 5)中通過(guò)重構(gòu)值計(jì)算公式的變更優(yōu)化了重構(gòu) 值關(guān)鍵路徑。但是該方法存在兩個(gè)問(wèn)題，一是重構(gòu)值與真實(shí)值的差值小于等于NEAR值的兩 倍，即同樣的NEAR值下，誤差擴(kuò)大為標(biāo)準(zhǔn)算法的兩倍；二是該方法在編碼端避過(guò)了重構(gòu)值 關(guān)鍵路徑，而在解碼端卻無(wú)法解決重構(gòu)值關(guān)鍵路徑優(yōu)化的問(wèn)題。因此該專(zhuān)利適用于硬件編 碼軟件解碼的場(chǎng)合，而不適用于編解碼都用硬件實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于掃描順序 變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，使其處理速度提高到原來(lái)的6倍，易于在低端廉價(jià) FPGA上實(shí)現(xiàn)高清視頻的逐峽壓縮處理，并且該發(fā)明同樣適用于解碼端。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編 碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其包括源圖像掃描步驟、量化誤差生成和重構(gòu)值生成步驟、哥倫布編碼步 驟、碼流輸出步驟，其中所述源圖像掃描是對(duì)源圖像按6行為一個(gè)基本單元進(jìn)行緩存，用翻 頁(yè)RAM實(shí)現(xiàn)，每6行為一頁(yè)，對(duì)當(dāng)前頁(yè)和次頁(yè)交替進(jìn)行寫(xiě)入和編碼，編碼時(shí)按從上而下從左 到右對(duì)6行緩存中各行的數(shù)據(jù)交替進(jìn)行編碼，所述量化誤差生成和重構(gòu)值生成步驟用六級(jí) 流水線實(shí)現(xiàn)。。
[0007] 本發(fā)明還可采用W下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0008] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述六級(jí)流水 線包括W下步驟：流水線第一級(jí)；梯度計(jì)算與梯度量化，該級(jí)流水線同時(shí)完成基本預(yù)測(cè)；流 水線第二級(jí)；索引值計(jì)算；流水線第H級(jí)：狀態(tài)數(shù)據(jù)讀?。涣魉€第四級(jí)：預(yù)測(cè)值修正及預(yù) 測(cè)誤差計(jì)算；流水線第五級(jí)：量化誤差生成；流水線第六級(jí)；重構(gòu)值生成。
[0009] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述流水線第 一級(jí)中，所述梯度計(jì)算為分別計(jì)算當(dāng)前像素的各鄰域像素重構(gòu)值的差值，即計(jì)算Dl=Rd-化， D2=化-Rc，D3=Rc-Ra，其中D1、D2、D3表示梯度，Ra、化、Rc、Rd表示當(dāng)前像素Ix的領(lǐng)域像素 的重構(gòu)值；所述梯度量化為根據(jù)8個(gè)梯度口限值把梯度D1、D2、D3分別量化到9個(gè)區(qū)間，該 9個(gè)區(qū)間用負(fù)4到正4表示，量化結(jié)果用Q1、Q2、Q3表示；該級(jí)流水線同時(shí)完成基本預(yù)測(cè)，生 成基本預(yù)測(cè)值，即當(dāng)Rc>max(Ra,化）時(shí)，Px_bas=min(Ra,化）；當(dāng)Rc《min(Ra,化）時(shí)，Px_ bas=max(Ra,化）；除上述情況外，Px_bas=Ra+I?b-Rc;其中Px_bas表示基本預(yù)測(cè)值。
[0010] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述流水線第 二級(jí)中，索引值Q為81*Q1+9*Q化Q3的絕對(duì)值，Q的范圍為0到364。
[0011] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述流水線第 H級(jí)中，把索引值Q當(dāng)做讀地址，從狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存中讀取狀態(tài)值，其中用于預(yù)測(cè)修正的狀態(tài) 值用C陽(yáng)]表示，數(shù)據(jù)讀取占用1個(gè)時(shí)鐘周期。
[0012] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述流水 線第四級(jí)中，用流水線第一級(jí)輸出的基本預(yù)測(cè)值Px_bas和流水線第H級(jí)輸出的用于預(yù) 測(cè)修正的狀態(tài)值C陽(yáng)]進(jìn)行預(yù)測(cè)修正，預(yù)測(cè)值修正方法如下：當(dāng)SIGN為+1時(shí)，如果Px_ bas+C陽(yáng)]>255,則Px=255,否則，Px=Px_bas+C陽(yáng)];當(dāng)SIGN為-1 時(shí)，如果Px_bas<C陽(yáng)]，則 Px=0,否則，Px=Px_bas-C陽(yáng)]，其中SIGN表示81*Q1+9*Q化Q3的正負(fù)，Px表示預(yù)測(cè)值；預(yù)測(cè) 誤差計(jì)算方法如下；當(dāng)SIGN為+1時(shí)，Errval=Ix-Px，當(dāng)SIGN為-1時(shí)，Errval=Px-Ix，其中 化rval表示預(yù)測(cè)誤差，Ix表示當(dāng)前像素值。
[0013] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述流水線第 五級(jí)中，量化誤差生成方法如下；ErrvalJffiAR=fix[巧rrval+肥AR)八2*肥AR+1)]，化rval_ NEAR表示量化后的誤差值，NEAR為壓縮質(zhì)量控制因子；根據(jù)JPEG_LS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)更新 方式，更新用于預(yù)測(cè)修正的狀態(tài)值C陽(yáng)]，并W索引值Q為寫(xiě)地址寫(xiě)入狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存。
[0014] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述流水線第 六級(jí)中，重構(gòu)值的生成方法為先用量化后的誤差值與2*肥AR+1做乘法，然后與SIGN做乘 法，然后與Px做加法，其中，Rx表示當(dāng)前像素的重構(gòu)值；該重構(gòu)值Rx反饋給第一級(jí)流水線 或?qū)懭胫貥?gòu)值緩存。
[0015] 前述的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，其中所述的對(duì)6行 緩存中各行的數(shù)據(jù)交替進(jìn)行編碼是按照W下方法實(shí)現(xiàn)的：依次從6行緩存中讀入第1行第 M列、第2行第M-2列、第3行第M-4、第4行第M-6列、第5行第M-8列和第6行第M-10列 的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，設(shè)待編碼圖像的列數(shù)為N,則M的范圍為從1到化10 ;;當(dāng)M-2、M-4、M-6、M-8、M-10有小于等于零的值出現(xiàn)時(shí)，表示不從6行緩存中讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，同時(shí)間隔對(duì) 應(yīng)的1個(gè)時(shí)鐘周期；當(dāng)M、M-2、M-4、M-6、M-8有大于N的值出現(xiàn)時(shí)，表示不從6行緩存中讀 入數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，同時(shí)間隔對(duì)應(yīng)的1個(gè)時(shí)鐘周期。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明 的基于掃描順序變更的JPEG_LS規(guī)則編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法，至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[00