專利名稱：一種基于jpeg-ls算法的多路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于JPEG-LS算法的的并行壓縮控制方法，屬于圖像壓縮技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在圖像處理領(lǐng)域中，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，提高圖像處理的速度成為一個巨大的挑戰(zhàn)；如何用最少的時間開銷和最小的空間開銷來完成圖像傳輸?shù)奶幚?，是該領(lǐng)域的關(guān)鍵點。通過采用高壓縮比的圖像壓縮算法，或者采用并行壓縮方案均可以提高處理速 度。當(dāng)采用高壓縮比的圖像壓縮算法時，現(xiàn)有算法的失真度往往不能滿足遙感圖像的特殊性要求；目前，遙感圖像的壓縮算法優(yōu)選無損、近無損壓縮，JPEG-LS算法就是其中之一。與此同時，隨著高性能并行處理系統(tǒng)的發(fā)展，開發(fā)圖像并行處理技術(shù)，可以為提高圖像處理速度提供更廣闊的發(fā)展空間。JPEG-LS是聯(lián)合圖像專家組制定的一種圖像無損、近無損壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)，將其應(yīng)用到遙感圖像的無損、近無損壓縮取得了良好的效果，十分適合于遙感圖像壓縮；其核心算法是采納自HP(惠普)實驗室提供的LOCO-I壓縮方案，主要使用了預(yù)測誤差Golomb熵編碼和游長長度編碼等技術(shù)。其中，JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法中規(guī)定了 Near、Range、qbpp、LIMIT, Tl、T2、T3 等相關(guān)參數(shù)，Near表示點像素誤差，Range表示ErrVal編碼時鉗位值(ErrVal是編碼過程產(chǎn)生的變量),qbpp = Ceiling(Iog2Range), LIMIT表示限制輸出碼流大小，T1、T2、T3表示梯度量化的閾值。其中，JPEG-LS壓縮內(nèi)核的編碼過程分為兩種模式進(jìn)行，正常模式編碼和游長模式編碼。編碼過程中，通過因果模板進(jìn)行模式選擇。當(dāng)模式切換進(jìn)入正常編碼模式，僅僅對該像素樣點做完映射誤差編碼后，即已做完正常編碼模式后跳出該模式，進(jìn)入循環(huán)，重新計算梯度，并且選擇編碼模式。當(dāng)模式切換進(jìn)入游長編碼模式，對后續(xù)像素樣點的掃描編碼不再按照先計算梯度矢量，然后判斷是否進(jìn)入平坦區(qū)域，而是判斷待編碼像素Ix與其左邊鄰域像素的重建值Ra的差值與Near的關(guān)系；如果差值< Near，則繼續(xù)進(jìn)行游長編碼模式并對當(dāng)前像素編碼；如果差值> Near，則做完游長長度編碼后跳出游長模式?？傊梢酝ㄟ^研究基于JPEG-LS圖像壓縮算法的并行處理方案，以提高圖像壓縮的處理速度，同時也可以滿足遙感圖像的特殊性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對JPEG-LS圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)時，吞吐率和處理速度不能滿足實時需求，本發(fā)明提出了一種基于JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法的多路壓縮內(nèi)核的并行編碼的控制方法，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上快速方便地完成對圖像壓縮高吞吐率的需求，該控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)高速高效遙感圖像壓縮，具有非常好的系統(tǒng)擴展性。其硬件實現(xiàn)簡單，控制有效，F(xiàn)PGA資源有效利用率較高，系統(tǒng)吞吐率和壓縮處理速度幾乎提高了 N倍，為后續(xù)使用JPEG-LS算法提供了優(yōu)勢，在未來的圖像壓縮領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于JPEG-LS算法的多路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法，實現(xiàn)步驟如下第一步將圖像源送來的源圖像按照同樣的大小進(jìn)行子圖像劃分，并按源圖像中各個像素的排列順序，依次送出各個像素。即接收行長為H的源圖像，將源圖像分為N個R行和C列的子圖像，并在子圖像劃分后，按源圖像中各個像素的排列順序，先送出每行的第一個像素，再送出每行的第二個像素，直到送出每行的最后一個像素，一直按照這樣的順序，一行接著一行送出像素至第二步；每個子圖像對應(yīng)一個存儲深度不小于D的FIFO Ix_FIFO和一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核；其中H = N * C，D = C ;C為所選取的子圖像的列，C在編
碼源圖像的過程中為固定常數(shù)，C 一般選取整數(shù)且. 9第二步初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)，所述相關(guān)參數(shù)為Near、Range、qbpp、UMIT、Tl、T2、T3等，這些參數(shù)主要用來初始化壓縮內(nèi)核，在N路壓縮內(nèi)核啟動之前需要完成。如果首次編碼源圖像，需要在源圖像幀起始之前已初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)；如果首次之后編碼源圖像，需要根據(jù)第九步“一幀源圖像編碼結(jié)束”的反饋信號來初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核；保證每一個子圖像編碼前完成初始化對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)；第三步接收子圖像劃分后的源圖像，判斷接收的當(dāng)前像素屬于的哪一個子圖像，同時將接收的當(dāng)前像素寫入與該子圖像對應(yīng)的Ix_FIF0中；第四步判斷接收的當(dāng)前像素是否屬于該子圖像的第一個像素，如果不滿足則進(jìn)入第五步，如果滿足則跳到第六步；第五步根據(jù)“像素編碼結(jié)束”的反饋信號，判斷該子圖像對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的上一次的像素編碼是否結(jié)束，如果滿足則進(jìn)入第六步，如果不滿足則等待；第六步讀取該子圖像對應(yīng)的Ix_FIF0，將讀出像素送給對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，該讀出像素剛好是對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核上一次編碼結(jié)束后需要編碼的下一個像素；第七步啟動該子圖像對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，對第六步的讀出像素進(jìn)行編碼，即每一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核在完成讀出像素的編碼后，對應(yīng)子圖像的下一個像素剛好被從Ix.FIFO中讀出，對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核不間斷地對該子圖像編碼；通過寫控制和讀控制N個Ix_FIF0，能夠滿足不間斷地讀取圖像劃分后的源圖像，同時能夠隨機啟動對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，完成不間斷地對源圖像編碼；第八步判斷該子圖像被編碼的像素是否完成對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的編碼，滿足則表明該像素的編碼結(jié)束，并送出“像素編碼結(jié)束”的反饋信號，進(jìn)入第九步，不滿足則等待;第九步判斷一幀源圖像編碼結(jié)束是否結(jié)束，滿足則送出“一幀源圖像編碼結(jié)束”的反饋信號到第二步，不滿足等待；一幀源圖像即N個子圖像，也就是N * R * C個像素，通過統(tǒng)計被編碼的像素個數(shù)，判斷一幀源圖像編碼是否結(jié)束。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(I)本發(fā)明針對JPEG-LS圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)吞吐率和處理速度不能滿足實時需求，提出了一種基于JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法的多路壓縮內(nèi)核的并行編碼的控制方法，通過基于JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法的編碼內(nèi)核，形成一種多路內(nèi)核并行編碼的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高速高效遙感圖像壓縮；同時，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上快速方便地完成對圖像壓縮高吞吐率的需求；該方案具有非常好的系統(tǒng)擴展性，為后續(xù)使用JPEG-LS算法提供了優(yōu)勢。(2)本發(fā)明中提出了通過N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核不間斷并行編碼源圖像的問題，其對已有的基于JPEG-LS的單路壓縮內(nèi)核不做修改或修改很少，保證N個子圖像編碼開始前已初始化完成N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)，N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核不間斷完成對源圖像的編碼，編碼的效果幾乎相當(dāng)于用一個JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核完成源圖像的編碼，但是吞吐率和處理速度幾乎提高了 N倍。解決了源圖像的輸入吞吐率高 與JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法實現(xiàn)圖像壓縮處理速度有限之間的矛盾，快速實時地完成圖像壓縮。(3)本發(fā)明中對圖像源送來的源圖像進(jìn)行子圖像劃分的問題，通過簡單有效的子圖像劃分方法，將源圖像按照同樣的大小進(jìn)行子圖像劃分，使得每個子圖像對應(yīng)一個存儲
深度不小于D的FIFO :Ix_FIF0，和一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核；子圖像R * C的大小滿足4 ,
K
將極大的保留JPEG-LS的壓縮性能，因為JPEG-LS的編碼性能對幅寬C更敏感。(4)本發(fā)明提出了 Ix_FIF0存儲深度大小的問題，需要設(shè)置為Ix_FIF0的存儲深度D不小于子圖像列寬C。這是考慮JPEG-LS壓縮內(nèi)核的工作過程中存在著兩種極端工作模式(1)子圖像的整行數(shù)據(jù)均進(jìn)行正常模式編碼，需保證Ix_FIF0不溢出；(2)子圖像的整行數(shù)據(jù)均進(jìn)行游長模式編碼，需保證Ix_FIF0不讀空。這是由以下三步來保證的第一步
中C選取整數(shù)且4，且D = C，第三步Ix_FIF0的寫過程能夠保證其不溢出，第六步Ix_K
FIFO的讀過程能夠保證Ix_FIF0不讀空，保證不間斷的地源圖像進(jìn)行編碼。(5)本發(fā)明中提出了寫控制和讀控制Ix_FIF0策略的問題，被編碼的子圖像的像素通過這種寫控制和讀控制Ix_FIF0，不但保證每個JPEG-LS壓縮內(nèi)核在完成讀出像素的編碼后，立刻對子圖像的下一個像素不間斷地進(jìn)行編碼，從而也就不間斷地對源圖像進(jìn)行編碼；而且保證當(dāng)一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核在完成當(dāng)前像素編碼過程中，源圖像的下一個像素可以被接收，從而不丟失該像素。


圖I是子圖像劃分方式示意圖；圖2是本發(fā)明處理流程圖；圖3是應(yīng)用本發(fā)明的一個子圖像劃分方式示意圖；圖4是應(yīng)用本發(fā)明的一個控制器硬件實現(xiàn)框圖；圖5是應(yīng)用本發(fā)明的一個八路JPEG-LS壓縮內(nèi)核并行編碼硬件實現(xiàn)框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實現(xiàn)示例來說明本發(fā)明一種基于JPEG-LS算法的多路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法的具體實現(xiàn)
圖I是本發(fā)明子圖像劃分方式示意圖，介紹如何將圖像源送來的源圖像按照同樣的大小進(jìn)行子圖像劃分。其中H為的源圖像的行長，N表示將源圖像分為N個子圖像，R和
C表示劃分后子圖像的行參數(shù)和列參數(shù)，且$乏4。
K圖2是本發(fā)明處理流程圖，介紹多路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法的實現(xiàn)過程，具體可以參考權(quán)利要求書I的步驟說明。圖3是應(yīng)用本發(fā)明的一個子圖像劃分方式示意圖；其中H = 4096，R = 64，C =512，D = 512 ;即將行長4096，共64行數(shù)據(jù)作為一幀遙感原始圖像數(shù)據(jù)，針對4096 * 64大小的IObit圖像進(jìn)行相應(yīng)操作，經(jīng)過SRAM的緩存進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)重新排列輸出，即按照分割成8路512 ★ 64子圖像被從SRAM中順序讀取出來。圖4是應(yīng)用本發(fā)明的一個控制器硬件實現(xiàn)框圖，下面結(jié)合該框圖，以圖2流程圖及圖3所示子圖像劃分方式進(jìn)行源圖像編碼為例，詳細(xì)介紹本發(fā)明控制方法的具體實現(xiàn)，其實現(xiàn)步驟如下第一步圖像緩存和分塊模塊接收圖像源送來的源圖像、同步信號等，將送來數(shù)據(jù)作為SRAM的寫數(shù)據(jù)(SRAM的寫數(shù)據(jù)高位補O);通過狀態(tài)機控制，將數(shù)據(jù)乒乓寫入到SRAM中，完成圖像緩存；并兵乓讀取SRAM，讀出的像素即為滿足分塊要求的按順序輸出的源圖像的像素；兩個SRAM可以通過FPGA來讀寫。第二步初始化參數(shù)模塊接收數(shù)據(jù)壓縮率控制信號，當(dāng)“一幀源圖像編碼結(jié)束”的反饋信號有效時，完成初始化8路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)Near、Range、qbpp、LIMIT、Tl、T2、T3等，為8路壓縮內(nèi)核啟動做好準(zhǔn)備。第三步通過Ix_FIF0讀寫控制模塊，接收子圖像劃分后的源圖像，判斷接收的當(dāng)前像素屬于的哪一個子圖像，同時將接收的當(dāng)前像素寫入與該子圖像對應(yīng)的Ix_FIF0中；第四步通過Ix_FIF0讀寫控制模塊，判斷接收的當(dāng)前像素是否屬于該子圖像的第一個像素，如果不滿足則進(jìn)入第五步，如果滿足則跳到第六步；第五步通過Ix_FIF0讀寫控制模塊，接收“像素編碼結(jié)束”信號，“像素編碼結(jié)束”信號是該子圖像對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的上一次的像素編碼是否結(jié)束的標(biāo)志，是該壓縮內(nèi)核的反饋信號；如果“像素編碼結(jié)束”滿足則進(jìn)入第六步，如果不滿足則等待；第六步通過Ix_FIF0讀寫控制模塊，讀取該子圖像對應(yīng)的Ix_FIF0，將讀出像素送給對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，該讀出像素剛好是對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核上一次編碼結(jié)束后需要編碼的下一個像素； 第七步判斷Ix_FIF0組模塊中的8位Ix_FIF0_en信號，每個內(nèi)核通過Ix_FIF0_en的對應(yīng)的其中一位來使能，啟動該子圖像對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，對第六步的讀出像素進(jìn)行編碼，即每一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核在完成讀出像素的編碼后，對應(yīng)子圖像的下一個像素剛好被從Ix_FIF0中讀出，對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核不間斷地對該子圖像編碼；通過寫控制和讀控制N個Ix_FIF0，能夠滿足不間斷地讀取圖像劃分后的源圖像，同時能夠隨機啟動對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，完成不間斷地對源圖像編碼；第八步判斷該子圖像被編碼的像素是否完成對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的編碼，滿足則表明該像素的編碼結(jié)束，并送出“像素編碼結(jié)束”的反饋信號，進(jìn)入第九步，不滿足則等待；
第九步通過Ix_FIF0讀寫控制模塊，判斷一幀源圖像編碼結(jié)束是否結(jié)束，滿足則送出“一幀源圖像編碼結(jié)束”的反饋信號到第二步，不滿足等待；一幀源圖像即8個子圖像，也就是8 * 64 * 512個像素，通過統(tǒng)計被編碼的像素個數(shù)，判斷一幀源圖像編碼是否結(jié)束。圖5是應(yīng)用本發(fā)明的一個八路JPEG-LS壓縮內(nèi)核并行編碼硬件實現(xiàn)框圖。其中“相機檢測模塊”完成相機的源圖像數(shù)據(jù)校驗檢測和全局復(fù)位；其中“八路JPEG-LS壓縮內(nèi)核并行編碼的控制器”即為圖4中的“一個控制器硬件實現(xiàn)框圖”，結(jié)合圖3所示子圖像劃分方式進(jìn)行源圖像編碼的處理過程與圖4所示的硬件實現(xiàn)步驟基本一致；“碼流處理模塊” 完成八路壓縮碼流的處理，是后續(xù)解碼的輸入文件。本發(fā)明的具體實施方式
以遙感圖像JPEG-LS的并行壓縮為例，但本發(fā)明的使用范圍并不局限于遙感圖像領(lǐng)域。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.一種基于JPEG-LS算法的多路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法，其特征在于步驟如下 第一步接收行長為H的源圖像，將源圖像分為N個R行和C列的子圖像，并在子圖像劃分后，按源圖像中各個像素的排列順序，先送出每行的第一個像素，再送出每行的第二個像素，直到送出每行的最后一個像素，一直按照這樣的順序，一行接著一行送出像素至第二步；每個子圖像對應(yīng)一個存儲深度不小于D的FIFO Ix_FIF0和一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核；其中H = N * C，D = C ;C為所選取的子圖像的列，C在編碼源圖像的過程中為固定常數(shù)，C選取整數(shù)且|乏4; R 第二步初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)，所述相關(guān)參數(shù)為Near、Range、qbpp、LIMIT、Tl、T2、T3，這些參數(shù)用來初始化壓縮內(nèi)核，在N路壓縮內(nèi)核啟動之前需要完成；如果首次編碼源圖像，需要在源圖像幀起始之前已初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)；如果首次之后編碼源圖像，需要根據(jù)第九步“一幀源圖像編碼結(jié)束”的反饋信號來初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核；保證每一個子圖像編碼前完成初始化對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)； 第三步接收子圖像劃分后的源圖像，判斷接收的當(dāng)前像素屬于的哪一個子圖像，同時將接收的當(dāng)前像素寫入與該子圖像對應(yīng)的Ix_FIF0中； 第四步判斷接收的當(dāng)前像素是否屬于該子圖像的第一個像素，如果不滿足則進(jìn)入第五步，如果滿足則跳到第六步； 第五步根據(jù)“像素編碼結(jié)束”的反饋信號，判斷該子圖像對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的上一次的像素編碼是否結(jié)束，如果滿足則進(jìn)入第六步，如果不滿足則等待； 第六步讀取該子圖像對應(yīng)的Ix_FIF0，將讀出像素送給對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，該讀出像素剛好是對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核上一次編碼結(jié)束后需要編碼的下一個像素；第七步啟動該子圖像對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，對第六步的讀出像素進(jìn)行編碼，SP每一個JPEG-LS壓縮內(nèi)核在完成讀出像素的編碼后，對應(yīng)子圖像的下一個像素剛好被從Ix_FIF0中讀出，對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核不間斷地對該子圖像編碼；通過寫控制和讀控制N個Ix_FIF0，能夠滿足不間斷地讀取圖像劃分后的源圖像，同時能夠隨機啟動對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核，完成不間斷地對源圖像編碼； 第八步判斷該子圖像被編碼的像素是否完成對應(yīng)的JPEG-LS壓縮內(nèi)核的編碼，滿足則表明該像素的編碼結(jié)束，并送出“像素編碼結(jié)束”的反饋信號，進(jìn)入第九步，不滿足則等待; 第九步判斷一幀源圖像編碼結(jié)束是否結(jié)束，滿足則送出“一幀源圖像編碼結(jié)束”的反饋信號到第二步，不滿足等待；一幀源圖像即N個子圖像，也就是N * R * C個像素，通過統(tǒng)計被編碼的像素個數(shù)，判斷一幀源圖像編碼是否結(jié)束。
全文摘要
一種基于JPEG-LS算法的多路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法，該方法采用基于JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法實現(xiàn)的壓縮內(nèi)核，形成一種N路壓縮內(nèi)核并行編碼的控制方法來完成圖像壓縮(1)將源圖像分為N個R行和C列的子圖像；(2)適時地完成初始化N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核的相關(guān)參數(shù)，并準(zhǔn)備編碼；(3)通過寫控制和讀控制N個Ix_FIFO，隨機啟動N路JPEG-LS壓縮內(nèi)核，能夠不間斷對源圖像進(jìn)行編碼；(4)由該控制方法實現(xiàn)的并行編碼系統(tǒng)對源圖像進(jìn)行編碼，其處理效果幾乎相當(dāng)于用一個基于JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)算法實現(xiàn)的壓縮內(nèi)核完成對源圖像的編碼，但是吞吐率和處理速度幾乎提高了N倍。
文檔編號H04N7/32GK102801981SQ20121031505
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者王元樂, 張海濤, 楊新權(quán), 孫文方, 雷珺琳 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所