[发明专利]一种微型低功耗JPEG图像压缩芯片

说明书

技术领域

本发明属于计算机应用领域，尤其属于图像处理领域。 

背景技术

随着多媒体技术在计算机科学领域应用的广泛普及，图像压缩技术成为现代数字图像传输、处理、存储中的关键技术。不论是在网络传输等方面，还是在移动通信等领域都有着重要的意义和用途。 

JPEG图像压缩技术在图像处理领域应用十分广泛。采用该压缩技术，可以得到很好的图像质量和很高的压缩比，但需要较高的功耗。这种高功耗特点使JPEG压缩不适用于对低功耗要求较严格的应用领域，例如植入式医疗应用。 

发明内容

为了在较低功耗和较小面积下获得较高的压缩比和较好的图像质量，本发明设计实现了一款基于4×4分块的新颖JPEG压缩芯片。针对Bayer格式图像数据，采用优化DCT算法，实现了该压缩芯片。使用这种优化算法，仅需1次乘法和9次加减法即可实现1次4点DCT运算，大大降低了计算复杂度。 

本发明使用的JPEG压缩算法针对Bayer格式图像数据，在RGB空间直接进行压缩，避免了色彩空间转换。JPEG压缩主要包括二维DCT，量化以及熵编码三个步骤，分别阐述如下： 

1、4×4二维DCT 

离散余弦变换(DCT)是N.Ahmed等人在1974年提出的正交变换方法。它常被认为是对语音和图像信号进行变换的最佳方法。为了工程上实现的需要，国内外许多学者花费了很大精力去寻找或改进离散余弦变换的快速算法。由于近年来数字信号处理芯片(DSP)的发展，加上专用集成电路设计上的优势，这就牢固地确立了离散余弦变换(DCT)在目前图像编码中的重要地位，成为H.261、JPEG、MPEG，H.264等国际上公用的编码标准的重要环节。在视频压缩中，最常用的变换方法就是DCT。它被认为是性能接近K-L变换的准最佳变换，其变换编码的主要特点有： 

(1)在变换域里视频图像要比空间域里简单。 

(2)视频图像的相关性明显下降，信号的能量主要集中在少数几个变换系数上，采用量化和熵编码可有效地压缩其数据。 

(3)具有较强的抗干扰能力，传输过程中的误码对图像质量的影响远小于预测编码。通常，对高质量的图像，DPCM要求信道误码率，而变换编码仅要求信道误码率。 

(4)DCT变换(通常指整数DCT变换)有快速算法，能实现实时视频压缩。 

DCT基压缩编码步骤如图1所示，DCT基解压缩步骤如图2所示。二维 DCT可以分解为2次一维DCT和1次转置操作。其中，传统的一维DCT的计算过程如图3所示。其中，a0，a1，a2，a3为一维DCT输入，c0，c1，c2，c3为一维DCT输出，b0，b1，b2，b3是中间计算缓存。M和N为常数， 按图3计算方式，一维DCT需要4次乘法。 

本发明将图3中c1和c3作以下变换： 

c1=[b3+(b2+b3)×MN-M]×(N-M)]]>