[发明专利]JPEG_LS常规编码硬件实现方法

摘要

本发明公开了一种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。本发明具有处理速度快，占用资源少，简单易行的优点，易于FPGA实现。

主权项

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1a)将需要压缩的图像像素点输入到JPEG_LS编码器中；1b)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；1c)将当前像素点的符号位信号输入到JPEG_LS编码器中；1d)将需要压缩的图像参数更新使能信号输入JPEG_LS编码器中；1e)将需要压缩图像的最大值信号输入到JPEG_LS编码器中；1f)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1b)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8b)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“0”，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8b)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8b)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“1”，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“1”，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加，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8b)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步索引值是否相等；若相等，将第四步索引值比较信号设置为“1”，否则，将第四步索引值比较信号设置为“0”；7b)提取步骤6a)存入移位寄存器的第三步索引值比较信号，判断第三步索引值比较信号是否等于“1”，若等于，提取步骤6b)存入移位寄存器的中间参数值，将当前参数值设置为中间参数值，否则，提取随机存储器中第三步索引值对应的参数值作为当前参数值，将当前参数值存入移位寄存器中；7c)令第四步索引值等于第三步索引值，将第四步索引值存入移位寄存器中；7d)提取移位寄存器中的九种第一步预测修正中值，对第一步预测修正中值进行第二次预测，从九种预测修正中值中预测出三个第二步预测修正中值；7e)提取编码器中的当前像素点值，分别将三个第二步预测修正中值与当前像素点值做减法运算，将得到的三个结果作为误差值中间结果；7f)提取编码器中的误差范围修正值，分别将三个误差值中间结果与误差范围修正值进行运算，将误差值限制在误差范围的下限值与上限值范围内，修正后得到三个误差值，将误差值存入移位寄存器中；(8)更新参数值8a)将参数更新使能信号设置为“1”；8b)提取步骤7b)存入移位寄存器的当前参数值与步骤7c)存入移位寄存器的第四步索引值，对当前参数值进行更新操作，得到参数的更新值，将随机存储器中第 四步索引值对应的参数值设置为参数的更新值，令更新索引值等于第四步索引值，将参数的更新值和更新索引值存入移位寄存器中；8c)提取步骤7f)存入移位寄存器中的三个误差值，利用更新的参数在三个误差值中选择一个作为最终误差值，将最终误差值存入移位寄存器中；(9)获得哥伦布编码参数9a)提取出步骤8b)存入移位寄存器的更新参数中的发生次数计量参数与前项预测误差参数，将发生次数计量参数向左移动，每次向左移动一位，一直到移位后的发生次数计量参数大于前项预测误差参数，停止左移操作，将移动位数作为哥伦布编码参数；9b)提取步骤8c)存入移位寄存器中的最终误差值，提取随机存储器中更新索引值对应的偏差参数和发生次数计量参数，比较偏差参数与发生次数计量参数的大小，由其比较结果及最终误差值选择误差映射值；(10)哥伦布编码及码字合成10a)将哥伦布编码参数值以及误差映射值送入哥伦布编码器进行哥伦布编码，获得不定长码流，将码流存入缓存器中；10b)提取缓存器中的码流信息，按顺序拼接码流，每当码流拼接满“64”位时，合成为一个码字，将码字输出到JPEG_LS编码器外。