防誤碼擴(kuò)散的JPEG-LS圖像無(wú)損/近無(wú)損壓縮算法硬件實(shí)現(xiàn)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種防誤碼擴(kuò)散的圖像無(wú)損/近無(wú)損壓縮方法：采用并行預(yù)測(cè)方式，將分塊的圖像通過(guò)兩路并行得到預(yù)測(cè)結(jié)果，在每個(gè)預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期，使得由參數(shù)索引、預(yù)測(cè)修正、殘差計(jì)算、參數(shù)更新反饋環(huán)路可使用流水線設(shè)計(jì)；在近無(wú)損壓縮模式下，每個(gè)像素有足夠的時(shí)間進(jìn)行像素重建，在當(dāng)前像素進(jìn)行上下文建模前能剛好得到上一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的像素重建值；通過(guò)引入分塊壓縮與檢糾錯(cuò)編碼相結(jié)合的方法，防止了誤碼的大面積擴(kuò)散，提高了抗信道誤碼性能，同時(shí)子塊大小可調(diào)，檢糾錯(cuò)編碼方式可調(diào)；進(jìn)行分區(qū)域近無(wú)損壓縮，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)圖像的不同區(qū)域采用不同的近無(wú)損參數(shù)Near進(jìn)行壓縮，可進(jìn)一步提高圖像的整體壓縮比。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】


本專利技術(shù)屬于圖像壓縮
，更具體地，涉及到一種防誤碼擴(kuò)散的無(wú)損/近無(wú)損圖像壓縮方法及其硬件實(shí)現(xiàn)，本專利技術(shù)適用于空間運(yùn)用的星載圖像無(wú)損/近無(wú)損壓縮系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

近年來(lái)我國(guó)在外太空探索和對(duì)地觀測(cè)等空間應(yīng)用領(lǐng)域正處于高速發(fā)展階段，傳感器的性能也隨之得到了極大的提升，遙感數(shù)據(jù)量日益龐大，使得有限的信道帶寬和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量與傳輸大量遙感數(shù)據(jù)之間的矛盾日益突出。顯然，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是解決這一問(wèn)題的一個(gè)有效途徑，使其在遙感領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。JPEG-LS壓縮算法是已建立的對(duì)于彩色及灰度圖像無(wú)損壓縮的標(biāo)準(zhǔn)，是基于Weinberger等提出的低復(fù)雜度的無(wú)損圖像壓縮方法(LOCO-I：lowcomplexitylosslesscompressionforimages)，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星圖像無(wú)損壓縮，是CCSDS推薦的無(wú)損/近無(wú)損壓縮算法。作為圖像數(shù)據(jù)無(wú)損/近無(wú)損壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在壓縮性能和壓縮效率方面具有很多優(yōu)越性，因此成為目前圖像無(wú)損壓縮應(yīng)用中最廣泛被采用的方法之一。
遙感數(shù)據(jù)的極為寶貴且獲取不易，因此在對(duì)遙感數(shù)據(jù)壓縮時(shí)無(wú)損/近無(wú)損壓縮起到了極為重要的作用。同時(shí)，在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)時(shí)性是遙感數(shù)據(jù)獲取、傳輸和處理的首要指標(biāo)，因此對(duì)遙感數(shù)據(jù)的壓縮處理還必須滿足高實(shí)時(shí)性的要求。再者，星上空間極為復(fù)雜而惡劣，電路易因單粒子翻轉(zhuǎn)等出錯(cuò)，而星地鏈路則易受天氣狀況影響，在惡劣天氣下易產(chǎn)生信道誤碼，因此壓縮系統(tǒng)必須具有極高的可靠性。因此，JPEG-LS壓縮算法的在這樣的應(yīng)用背景下，會(huì)存在一些技術(shù)難點(diǎn)：實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題和誤碼擴(kuò)散問(wèn)題。
JPEG-LS算法硬件實(shí)現(xiàn)的主要難點(diǎn)在于其近無(wú)損壓縮模式的實(shí)現(xiàn)，其中的像素重建環(huán)節(jié)引入了反饋環(huán)路，導(dǎo)致了算法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的困難，制約了壓縮系統(tǒng)的處理速度。西安電子科技大學(xué)在其申請(qǐng)專利“JPEG-LS常規(guī)編碼硬件實(shí)現(xiàn)方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01210198818.X，公開號(hào)：CN102724506)中公開了一種JPEG-LS圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的硬件實(shí)現(xiàn)方法。這種方法只實(shí)現(xiàn)了JPEG-LS圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的無(wú)損壓縮模式，回避了近無(wú)損壓縮模式中的像素重建環(huán)節(jié)，但喪失了近無(wú)損壓縮功能。
JPEG-LS算法進(jìn)行遙感圖像壓縮時(shí)，若因太空的惡劣環(huán)境使得壓縮碼流中引入了誤碼，則會(huì)因碼流中的上下文關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致解碼時(shí)出現(xiàn)圖像錯(cuò)亂而失真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

本專利技術(shù)針對(duì)當(dāng)今空間應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ凸摹⒌蛷?fù)雜度、高實(shí)時(shí)性、高可靠性圖像數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)的迫切需要提出。本專利技術(shù)通過(guò)在JPEG-LS常規(guī)編碼模式的基礎(chǔ)上引入圖像分塊壓縮的方法，同時(shí)該方法與檢糾錯(cuò)編碼(2DECC編碼和RS編碼)相結(jié)合，極大地增強(qiáng)了JPEG-LS抗誤碼擴(kuò)散的性能。本專利技術(shù)采用并行預(yù)測(cè)方式，將分塊的圖像通過(guò)兩路并行得到預(yù)測(cè)結(jié)果，在每個(gè)預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期，使得在確保參數(shù)及時(shí)更新的同時(shí)消除了反饋回路數(shù)據(jù)依賴對(duì)流水線的阻塞，因此由參數(shù)索引、預(yù)測(cè)修正、殘差計(jì)算、參數(shù)更新反饋環(huán)路可使用流水線設(shè)計(jì)。并行預(yù)測(cè)的結(jié)果最終轉(zhuǎn)換為單路串行方式進(jìn)行Golomb編碼。同時(shí)，像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期使得在近無(wú)損模式下，每個(gè)像素能夠有足夠的時(shí)間計(jì)算出對(duì)應(yīng)的像素重建值供下一個(gè)像素進(jìn)行上下文建模，使得圖像壓縮系統(tǒng)能夠在無(wú)損壓縮和近無(wú)損壓縮模式間自由切換。并且，可以以圖像子塊為最小編碼單元，針對(duì)圖像不同區(qū)域采用不同的近無(wú)損度參數(shù)Near進(jìn)行壓縮，因此可對(duì)感興趣的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行無(wú)損壓縮，對(duì)其他區(qū)域進(jìn)行有損壓縮，這樣可以在不損失感興趣目標(biāo)區(qū)域的信息的前提下提高壓縮比，減小數(shù)據(jù)傳輸帶寬的壓力。整個(gè)壓縮系統(tǒng)不需要對(duì)算法進(jìn)行任何會(huì)導(dǎo)致壓縮比下降的改進(jìn)即可在確保各環(huán)節(jié)具有充足時(shí)序裕量的同時(shí)，完整實(shí)現(xiàn)了真正的全流水設(shè)計(jì)，由此達(dá)到極高的處理速度。
本專利技術(shù)包括以下步驟：
(1)預(yù)設(shè)參數(shù)
(1.1)讀入像素位寬參數(shù)pixel_width。本專利技術(shù)支持兩種量化比特?cái)?shù)的圖像的壓縮：10bit和12bit；
(1.2)讀入子塊大小參數(shù)：子塊行數(shù)row_size和子塊列數(shù)column_size，確定最小編碼單元MCU(Minimum_Coded_Unit)——子塊大小；
(1.3)讀入檢糾錯(cuò)模式選擇參數(shù)correction_mode，選通所需的檢糾錯(cuò)編碼方式：RS編碼或者屏蔽檢糾錯(cuò)編碼；
(1.4)利用圖像的幀同步信號(hào)對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行鎖定，保持在一幅圖像進(jìn)行壓縮的時(shí)候，子塊大小參數(shù)和檢糾錯(cuò)模式選擇這兩種參數(shù)不變；
(2)輸入像素值和近無(wú)損度參數(shù)Near，進(jìn)行圖像分塊
(2.1)將需要壓縮的圖像像素?cái)?shù)據(jù)和與每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near一起輸入至圖像緩存與分塊模塊中；
(2.2)根據(jù)讀入的子塊大小參數(shù)控制圖像的緩存量，當(dāng)存儲(chǔ)器中圖像的行數(shù)等于子塊行數(shù)時(shí)，通過(guò)控制讀地址按照設(shè)定好的子塊大小參數(shù)逐塊讀出圖像像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near，通過(guò)這種方式將整幅圖像分成若干子塊，并以子塊作為最小編碼單元進(jìn)行壓縮編碼。
(3)以圖像子塊為單位，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩路并行數(shù)據(jù)
(3.1)像素?cái)?shù)據(jù)和與之對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near按子塊為單位串行輸入到4個(gè)FIFO所組成的結(jié)構(gòu)中。第1個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO1中，寫完一個(gè)子塊后，第2個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO3中，以此類推，第3個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO2中，之后第4個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO4中，后續(xù)子塊按照以上順序依次寫入四個(gè)FIFO中；
(3.2)像素?cái)?shù)據(jù)按子塊為單位分為并行兩路輸出到兩路預(yù)測(cè)編碼模塊。FIFO1和FIFO2以圖像子塊為單位交替輸出像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near至預(yù)測(cè)編碼模塊1，并且每個(gè)像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期。同樣的，F(xiàn)IFO3和FIFO4以圖像子塊為單位交替輸出像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near至預(yù)測(cè)編碼模塊2，并且每個(gè)像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期；
(3.3)上下文參數(shù)RAM初始化。在每一個(gè)子塊的像素寫入FIFO之前，對(duì)該子塊所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near值進(jìn)行采樣，并對(duì)上下文參數(shù)RAM進(jìn)行初始化操作。
(4)并行預(yù)測(cè)編碼模塊。采用空間并行原理，設(shè)置兩路預(yù)測(cè)編碼模塊，同時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，生成Golomb編碼所需的變量。
(4.1)上下文建模。把重建后的像素值Rx(即步驟4.3)中數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)計(jì)算得到的像素重建值)輸入到“FIFO+寄存器”緩存結(jié)構(gòu)中，根據(jù)子塊大小參數(shù)控制FIFO的讀時(shí)機(jī)，當(dāng)已經(jīng)緩存了子塊中一行的像素后，開始從FIFO中讀出數(shù)據(jù)，從寄存器上依次獲得當(dāng)前像素值的近鄰a、c、b、d，同時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前像素在子塊中的坐標(biāo)值。根據(jù)行列計(jì)數(shù)得到當(dāng)前像素的坐標(biāo)值，并讀取每一個(gè)子塊的第一個(gè)像素，即首像素Fp。再根據(jù)當(dāng)前像素值的行列坐標(biāo)和子塊大小參數(shù)對(duì)當(dāng)前像素的4個(gè)近鄰進(jìn)行邊緣處理，獲得重建值Ra、Rc、Rb、Rd：當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一行第一列時(shí)，Ra、Rc、Rb、Rd均等于首像素Fp；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一行非第一列時(shí)，Ra等于對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的像素值a，而Rc、Rb、Rd均等于首像素Fp；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一列非第一行時(shí)，Ra與Rb等于b，Rc等于Ra在前一行時(shí)的重建值；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的最后一本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種防誤碼擴(kuò)散的JPEG?LS圖像無(wú)損/近無(wú)損壓縮算法硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)預(yù)設(shè)參數(shù)(1.1)讀入像素位寬參數(shù)pixel_width；(1.2)讀入子塊大小參數(shù)：子塊行數(shù)row_size和子塊列數(shù)column_size，確定最小編碼單元MCU(Minimum_Coded_Unit)子塊大小；(1.3)讀入檢糾錯(cuò)模式選擇參數(shù)correction_mode，選通所需的檢糾錯(cuò)編碼方式：RS編碼或者屏蔽檢糾錯(cuò)編碼；(1.4)利用圖像的幀同步信號(hào)對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行鎖定，保持在一幅圖像進(jìn)行壓縮的時(shí)候，子塊大小參數(shù)和檢糾錯(cuò)模式選擇這兩種參數(shù)不變；(2)輸入像素值和近無(wú)損度參數(shù)Near，進(jìn)行圖像分塊(2.1)將需要壓縮的圖像像素?cái)?shù)據(jù)和與每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near一起輸入至圖像緩存與分塊模塊中；(2.2)根據(jù)讀入的子塊大小參數(shù)控制圖像的緩存量，當(dāng)存儲(chǔ)器中圖像的行數(shù)等于子塊行數(shù)時(shí)，通過(guò)控制讀地址按照設(shè)定好的子塊大小參數(shù)逐塊讀出圖像像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near，通過(guò)這種方式將整幅圖像分成若干子塊，并以子塊作為最小編碼單元進(jìn)行壓縮編碼；(3)以圖像子塊為單位，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩路并行數(shù)據(jù)(3.1)像素?cái)?shù)據(jù)和與之對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near按子塊為單位串行輸入到4個(gè)FIFO所組成的結(jié)構(gòu)中；第1個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO1中，寫完一個(gè)子塊后，第2個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO3中，以此類推，第3個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO2中，之后第4個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO4中，后續(xù)子塊按照以上順序依次寫入四個(gè)FIFO中；(3.2)像素?cái)?shù)據(jù)按子塊為單位分為并行兩路輸出到兩路預(yù)測(cè)編碼模塊；FIFO1和FIFO2以圖像子塊為單位交替輸出像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near至預(yù)測(cè)編碼模塊1，并且每個(gè)像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期；同樣的，F(xiàn)IFO3和FIFO4以圖像子塊為單位交替輸出像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near至預(yù)測(cè)編碼模塊2，并且每個(gè)像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期；(3.3)上下文參數(shù)RAM初始化：在每一個(gè)子塊的像素寫入FIFO之前，對(duì)該子塊所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near值進(jìn)行采樣，并對(duì)上下文參數(shù)RAM進(jìn)行初始化操作；(4)并行預(yù)測(cè)編碼模塊：采用空間并行原理，設(shè)置兩路預(yù)測(cè)編碼模塊，同時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，生成Golomb編碼所需的變量；(4.1)上下文建模：把重建后的像素值Rx輸入到“FIFO+寄存器”緩存結(jié)構(gòu)中，根據(jù)子塊大小參數(shù)控制FIFO的讀時(shí)機(jī)，當(dāng)已經(jīng)緩存了子塊中一行的像素后，開始從FIFO中讀出數(shù)據(jù)，從寄存器上依次獲得當(dāng)前像素值的近鄰a、c、b、d，同時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前像素在子塊中的坐標(biāo)值；根據(jù)行列計(jì)數(shù)得到當(dāng)前像素的坐標(biāo)值，并讀取每一個(gè)子塊的第一個(gè)像素，即首像素Fp；再根據(jù)當(dāng)前像素值的行列坐標(biāo)和子塊大小參數(shù)對(duì)當(dāng)前像素的4個(gè)近鄰進(jìn)行邊緣處理，獲得重建值Ra、Rc、Rb、Rd：當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一行第一列時(shí)，Ra、Rc、Rb、Rd均等于首像素Fp；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一行非第一列時(shí)，Ra等于對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的像素值a，而Rc、Rb、Rd均等于首像素Fp；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一列非第一行時(shí)，Ra與Rb等于b，Rc等于Ra在前一行時(shí)的重建值；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的最后一列時(shí)，Rb、Rd等于b的像素值，Ra、Rc等于a、c的像素值；在其他位置時(shí)，Ra、Rc、Rb、Rd依次等于a、c、b、d；(4.2)分為兩個(gè)計(jì)算環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行：索引值計(jì)算和像素預(yù)測(cè)像素預(yù)測(cè)：根據(jù)JPEG?LS算法原理，通過(guò)上下文建模中Ra值、Rb值以及Rc計(jì)算出像素預(yù)測(cè)值Px，用寄存器輸出；索引值計(jì)算：(4.2.1)根據(jù)上下文建模的結(jié)果計(jì)算三個(gè)梯度值：Rd與Rb相減得到梯度一D[0]；Rb與Rc相減得到梯度二D[1]；Rc與Ra相減得到梯度三D[2]；(4.2.2)根據(jù)初始化得到的梯度量化閾值(T1、T2、T3)分別對(duì)三個(gè)梯度進(jìn)行量化，具體處理方法為：將三個(gè)梯度值分別并行地與八個(gè)閾值(?T3、?T2、?T1、?NEAR、NEAR、T1、T2、T3)作比較，每個(gè)比較結(jié)果對(duì)應(yīng)于8位的最終比較結(jié)果中的一位，三個(gè)梯度生成3個(gè)8bit的比較結(jié)果；即若梯度大于門限第i級(jí)門限，但小于或等于該級(jí)門限，則8bit的比較結(jié)果的0～i?1位均為1，i～7位為0；(4.2.3)根據(jù)比較結(jié)果即可知道梯度位于哪個(gè)門限區(qū)間內(nèi)，由此把該區(qū)間對(duì)應(yīng)的量化值賦給量化結(jié)果即可得到三個(gè)量化結(jié)果Q_0，Q_1，Q_2；(4.2.4)梯度修正與符號(hào)判斷：分別判斷三個(gè)梯度量化值Q_0，Q_1，Q_2是否為負(fù)數(shù)，若三個(gè)量化值從左到右第一個(gè)不為0的數(shù)是負(fù)數(shù)，那么就把三個(gè)量化值的絕對(duì)值賦給三個(gè)梯度修正值Q0，Q1，Q2，同時(shí)符號(hào)標(biāo)志SIGN等于?1，否...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種防誤碼擴(kuò)散的JPEG-LS圖像無(wú)損/近無(wú)損壓縮算法硬件實(shí)現(xiàn)方
法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)預(yù)設(shè)參數(shù)
(1.1)讀入像素位寬參數(shù)pixel_width；
(1.2)讀入子塊大小參數(shù)：子塊行數(shù)row_size和子塊列數(shù)column_size，
確定最小編碼單元MCU(Minimum_Coded_Unit)子塊大小；
(1.3)讀入檢糾錯(cuò)模式選擇參數(shù)correction_mode，選通所需的檢糾錯(cuò)
編碼方式：RS編碼或者屏蔽檢糾錯(cuò)編碼；
(1.4)利用圖像的幀同步信號(hào)對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行鎖定，保持在一幅圖像
進(jìn)行壓縮的時(shí)候，子塊大小參數(shù)和檢糾錯(cuò)模式選擇這兩種參數(shù)不變；
(2)輸入像素值和近無(wú)損度參數(shù)Near，進(jìn)行圖像分塊
(2.1)將需要壓縮的圖像像素?cái)?shù)據(jù)和與每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參
數(shù)Near一起輸入至圖像緩存與分塊模塊中；
(2.2)根據(jù)讀入的子塊大小參數(shù)控制圖像的緩存量，當(dāng)存儲(chǔ)器中圖像
的行數(shù)等于子塊行數(shù)時(shí)，通過(guò)控制讀地址按照設(shè)定好的子塊大小參數(shù)逐塊
讀出圖像像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near，通過(guò)這種方式將
整幅圖像分成若干子塊，并以子塊作為最小編碼單元進(jìn)行壓縮編碼；
(3)以圖像子塊為單位，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩路并行數(shù)據(jù)
(3.1)像素?cái)?shù)據(jù)和與之對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near按子塊為單位串行輸
入到4個(gè)FIFO所組成的結(jié)構(gòu)中；第1個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入
FIFO1中，寫完一個(gè)子塊后，第2個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO3
中，以此類推，第3個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO2中，之后
第4個(gè)子塊的像素按照像素時(shí)鐘連續(xù)寫入FIFO4中，后續(xù)子塊按照以上順
序依次寫入四個(gè)FIFO中；
(3.2)像素?cái)?shù)據(jù)按子塊為單位分為并行兩路輸出到兩路預(yù)測(cè)編碼模塊；
FIFO1和FIFO2以圖像子塊為單位交替輸出像素Ix和與該像素所對(duì)應(yīng)的近無(wú)
損度參數(shù)Near至預(yù)測(cè)編碼模塊1，并且每個(gè)像素之間間隔一個(gè)像素時(shí)鐘周期；
同樣的，F(xiàn)IFO3和FIFO4以圖像子塊為單位交替輸出像素Ix和與該像素所對(duì)
應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near至預(yù)測(cè)編碼模塊2，并且每個(gè)像素之間間隔一個(gè)像素
時(shí)鐘周期；
(3.3)上下文參數(shù)RAM初始化：在每一個(gè)子塊的像素寫入FIFO之前，
對(duì)該子塊所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near值進(jìn)行采樣，并對(duì)上下文參數(shù)RAM進(jìn)
行初始化操作；
(4)并行預(yù)測(cè)編碼模塊：采用空間并行原理，設(shè)置兩路預(yù)測(cè)編碼模塊，
同時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，生成Golomb編碼所需的變量；
(4.1)上下文建模：把重建后的像素值Rx輸入到“FIFO+寄存器”緩
存結(jié)構(gòu)中，根據(jù)子塊大小參數(shù)控制FIFO的讀時(shí)機(jī)，當(dāng)已經(jīng)緩存了子塊中一
行的像素后，開始從FIFO中讀出數(shù)據(jù)，從寄存器上依次獲得當(dāng)前像素值的
近鄰a、c、b、d，同時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前像素在子塊中的坐標(biāo)值；根據(jù)行列計(jì)數(shù)
得到當(dāng)前像素的坐標(biāo)值，并讀取每一個(gè)子塊的第一個(gè)像素，即首像素Fp；
再根據(jù)當(dāng)前像素值的行列坐標(biāo)和子塊大小參數(shù)對(duì)當(dāng)前像素的4個(gè)近鄰進(jìn)行
邊緣處理，獲得重建值Ra、Rc、Rb、Rd：當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一
行第一列時(shí)，Ra、Rc、Rb、Rd均等于首像素Fp；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊
的第一行非第一列時(shí)，Ra等于對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的像素值a，而Rc、Rb、Rd均等于
首像素Fp；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的第一列非第一行時(shí)，Ra與Rb等于b，
Rc等于Ra在前一行時(shí)的重建值；當(dāng)前像素的坐標(biāo)為子塊的最后一列時(shí)，Rb、
Rd等于b的像素值，Ra、Rc等于a、c的像素值；在其他位置時(shí)，Ra、Rc、
Rb、Rd依次等于a、c、b、d；
(4.2)分為兩個(gè)計(jì)算環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行：索引值計(jì)算和像素預(yù)測(cè)
像素預(yù)測(cè)：
根據(jù)JPEG-LS算法原理，通過(guò)上下文建模中Ra值、Rb值以及Rc計(jì)算出
像素預(yù)測(cè)值Px，用寄存器輸出；
索引值計(jì)算：
(4.2.1)根據(jù)上下文建模的結(jié)果計(jì)算三個(gè)梯度值：Rd與Rb相減得到
梯度一D[0]；Rb與Rc相減得到梯度二D[1]；Rc與Ra相減得到梯度三D[2]；
(4.2.2)根據(jù)初始化得到的梯度量化閾值(T1、T2、T3)分別對(duì)三個(gè)
梯度進(jìn)行量化，具體處理方法為：將三個(gè)梯度值分別并行地與八個(gè)閾值(-T3、
-T2、-T1、-NEAR、NEAR、T1、T2、T3)作比較，每個(gè)比較結(jié)果對(duì)應(yīng)于8
位的最終比較結(jié)果中的一位，三個(gè)梯度生成3個(gè)8bit的比較結(jié)果；即若梯
度大于門限第i級(jí)門限，但小于或等于該級(jí)門限，則8bit的比較結(jié)果的
0～i-1位均為1，i～7位為0；
(4.2.3)根據(jù)比較結(jié)果即可知道梯度位于哪個(gè)門限區(qū)間內(nèi)，由此把該
區(qū)間對(duì)應(yīng)的量化值賦給量化結(jié)果即可得到三個(gè)量化結(jié)果Q_0，Q_1，Q_2；
(4.2.4)梯度修正與符號(hào)判斷：分別判斷三個(gè)梯度量化值Q_0，Q_1，
Q_2是否為負(fù)數(shù)，若三個(gè)量化值從左到右第一個(gè)不為0的數(shù)是負(fù)數(shù)，那么
就把三個(gè)量化值的絕對(duì)值賦給三個(gè)梯度修正值Q0，Q1，Q2，同時(shí)符號(hào)標(biāo)志
SIGN等于-1，否則直接把三個(gè)量化值依次賦給梯度修正值Q0，Q1，Q2，
同時(shí)符號(hào)標(biāo)志SIGN等于1，SIGN值用寄存器輸出；
(4.2.5)索引地址計(jì)算：把三個(gè)梯度值依Q0，Q1，Q2依次與81、9、
1相乘，再把三個(gè)乘積相加，算出索引值Q，用寄存器輸出至流水線下一級(jí)；
同時(shí)，寄存器輸出之前，索引值Q直接作用至“上下文參數(shù)RAM”，以數(shù)據(jù)
伴隨的有效信號(hào)為讀使能，讀出索引值Q所對(duì)應(yīng)的A、B、C、N四個(gè)參數(shù)；
(4.3)數(shù)據(jù)預(yù)處理：包含上下文參數(shù)C、N選擇，預(yù)測(cè)值修正，殘差
計(jì)算，殘差量化，像素重建，殘差取模以及N參數(shù)更新；
(4.3.1)索引值Q不經(jīng)過(guò)任何計(jì)算直接用寄存器鎖存一級(jí)輸出至下一
級(jí)，以供步驟4.4中使用；
(4.3.2)上下文參數(shù)C、N選擇：在步驟4.2中，索引值Q和數(shù)據(jù)有
效信號(hào)作用于“上下文參數(shù)RAM”一周期后，參數(shù)A、B、C、N輸出；根
據(jù)“沖突控制”模塊輸出的“沖突指示信號(hào)”collosion，從步驟4.5回傳
的更新后的參數(shù)C_update、N_update和剛從“上下文參數(shù)RAM”讀出的參數(shù)
C、N當(dāng)中進(jìn)行選擇，輸出需要使用的參數(shù)C_sel、N_sel；當(dāng)collosion
為0時(shí)，選擇從“上下文參數(shù)RAM”讀出的參數(shù)C、N，而collosion為1
時(shí)，選擇從步驟4.5回傳的更新后的參數(shù)C_update、N_update；參數(shù)選擇
采用組合邏輯實(shí)現(xiàn)；參數(shù)A和B不做任何計(jì)算，由寄存器鎖存一級(jí)輸出；
(4.3.3)N參數(shù)更新：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，使用符號(hào)標(biāo)志SIGN與步驟
“上下文參數(shù)C、N選擇”所獲取的參數(shù)N_sel進(jìn)行N參數(shù)的更新，更新后
得到N_update；當(dāng)N參數(shù)進(jìn)行更新時(shí)，若N_sel＝＝RESET條件滿足時(shí)，將
N_flag置1，否則置0；根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，上下文參數(shù)更新時(shí)，
N_sel＝＝RESET這一條件的滿足與否會(huì)影響參數(shù)A、B的更新選擇，因此
N_flag隨N_update一起通過(guò)寄存器輸出至下一級(jí)，以供上下文參數(shù)A、B、
C更新時(shí)使用；N_sel也用寄存器輸出至下一級(jí)；
(4.3.4)預(yù)測(cè)值修正：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，使用符號(hào)標(biāo)志SIGN與步驟
“上下文參數(shù)C、N選擇”所獲取的參數(shù)C_sel對(duì)預(yù)測(cè)值Px進(jìn)行修正，獲得
預(yù)測(cè)修正值Px_c；
(4.3.5)殘差計(jì)算：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，利用符號(hào)標(biāo)志SIGN、當(dāng)前像
素值Ix與預(yù)測(cè)修正值Px_c運(yùn)算獲得殘差值Errval；
(4.3.6)殘差量化：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)殘差值Errval進(jìn)行量化，
得到殘差量化值Errval_q；
(4.3.7)像素重建：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)符號(hào)標(biāo)志SIGN、當(dāng)前像
素值Ix、殘差量化值Errval_q以及近無(wú)損度參數(shù)Near值計(jì)算得到像素重建
值Rx，再將像素重建值Rx反饋至上下文建模模塊中，用來(lái)提供步驟4.1中
當(dāng)前像素上下文建模的環(huán)境模板；在無(wú)損壓縮模式下，像素重建值Rx等于

\t原像素值Ix；
(4.3.8)殘差取模：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，利用殘差取模范圍RANGE對(duì)
殘差量化值Errval_q進(jìn)行取模，使殘差映射到取模范圍內(nèi)，得到殘差取模值
Errval_Mod，并用寄存器輸出至下一級(jí)；
(4.4)上下文參數(shù)更新,包含兩個(gè)環(huán)節(jié)：上下文參數(shù)A、B選擇，上下
文參數(shù)A、B、C更新；
(4.4.1)上下文參數(shù)A、B選擇：根據(jù)“沖突控制”模塊輸出的“沖
突指示信號(hào)”collosion，從步驟4.6回傳的更新后的參數(shù)A_update、
B_update和步驟4.3輸出的參數(shù)A、B當(dāng)中進(jìn)行選擇，輸出需要使用的參數(shù)
A_sel、B_sel；當(dāng)collosion為0時(shí)，選擇步驟4.3輸出的參數(shù)A、B，
而collosion為1時(shí)，選擇從步驟4.6回傳的更新后的參數(shù)A_update、
B_update；參數(shù)選擇采用組合邏輯實(shí)現(xiàn)；
(4.4.2)上下文參數(shù)A、B、C更新：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，使用殘差
取模值Errval_Mod，選擇后的參數(shù)A_sel、B_sel、C_sel,以及步驟4.3中N
參數(shù)更新后輸出的N_flag信號(hào)，采用組合邏輯對(duì)上下文參數(shù)選擇后獲取的
A、B、C參數(shù)進(jìn)行更新計(jì)算(每一個(gè)子塊所對(duì)應(yīng)的近無(wú)損度參數(shù)Near會(huì)伴
隨像素進(jìn)入預(yù)測(cè)編碼流水線中，根據(jù)當(dāng)前使用的近無(wú)損度參數(shù)Near進(jìn)行參
數(shù)更新計(jì)算)，得到更新的參數(shù)A_update、B_update、C_update，連同步驟
4.3中輸出過(guò)來(lái)的N_update一起，寫入“上下文參數(shù)RAM”，伴隨的數(shù)據(jù)有
效信號(hào)作為RAM的“寫使能”信號(hào)，步驟4.3中輸出的索引值Q作為RAM
的“寫地址”；與此同時(shí)，A_update、B_update、C_update、N_update通過(guò)
寄存器輸出至下一級(jí)；篩選后的用來(lái)進(jìn)行參數(shù)更新的三個(gè)參數(shù)A_sel、B_sel、
N_sel和殘差取模值Errval_Mod也通過(guò)寄存器輸出至下一級(jí)，以供殘差映射
和K值計(jì)算使用；
(4.5)包括主要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，即殘差映射和K值計(jì)算；
(4.5.1)Stage4輸出的C_update、N_update參數(shù)直接回傳至步驟4.3

\t參與預(yù)處理運(yùn)算中的上下文參數(shù)C、N選擇；A_update、B_update參數(shù)則直
接經(jīng)寄存器輸出至步驟4.6；
(4.5.2)殘差映射：根據(jù)JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)，使用殘差取模值Errval_Mod，
選擇后的參數(shù)A_sel、B_sel計(jì)算出映射后的殘差值MErrval，經(jīng)寄存器輸出
至步驟4.6；
(4.5.3)K值計(jì)算：JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)方法為比較A與
向左移位后的N，當(dāng)A＝N時(shí)，則K＝0；當(dāng)N＜A≤(N＜＜...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顏露新，張?zhí)煨?/a>，陳立群，桑紅石，鐘勝，李軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42