基于FPGA的無損圖像壓縮系統(tǒng)設(shè)計

　　控制單元負責產(chǎn)生控制信號以協(xié)調(diào)各電路模塊的工作順序;上下文模型選取單元將像素值輸入存儲器進行存儲，產(chǎn)生當前像素、相鄰像素和上下文預測值Δ;預測單元根據(jù)不同的上下文模型求出像素殘余值;編碼單元對像素殘余值進行修正的二元編碼或GOLOMB-RICE編碼;并串轉(zhuǎn)換單元負責將編碼結(jié)果轉(zhuǎn)換為碼流進行輸出。

　　圖5所示為各個電路子模塊的接口定義及連線圖。其中上下文產(chǎn)生模塊和預測模塊功能具有連續(xù)性，用一個模塊表示，像素值以光柵掃描的順序逐行進行讀入，需要一個行存儲器對像素值進行存儲，每完成對一個像素點的編碼操作之后，將存儲器中該處的像素值更新為當前行當前列的像素值，本方案處理的圖像大小為512*512，因此只需要一個512*8比特的存儲器。修正二元編碼和GOLOMB-RICE編碼模塊算法相對復雜一些，為了加快系統(tǒng)的時鐘頻率，將算法中的計算步驟進行拆分細化。GOLOMB-RICE編碼模塊需要進行參數(shù)K的選取，若K的可能值有4個，則還需要256*8*4比特大小的存儲器作為累加表。最后，由于編碼后的碼值是變長的，為了滿足輸出端口的要求，要對編碼結(jié)果進行并串轉(zhuǎn)換操作，輸出端以碼流的形式進行輸出。

　　壓縮系統(tǒng)已集成在XILINX VIRTEX-5 FPGA上，并利用開發(fā)板XUPV5_LX110T進行了驗證，當工作頻率為20MHZ時, 吞吐率可達45f/s，所需存儲空間僅為13.1Kbits，每幀的功耗僅為13.67毫瓦。經(jīng)過若干經(jīng)典圖像測試后發(fā)現(xiàn)此壓縮系統(tǒng)的平均壓縮比為2.2，和主流的無損圖像壓縮算法(如JPEG-LS)相當，但壓縮效率提升約80%左右。

　　3 結(jié)語

　　科技的發(fā)展和移動終端的普及對圖像壓縮系統(tǒng)的處理效率提出了越來越高的要求。本方案中的無損圖像壓縮系統(tǒng)和傳統(tǒng)壓縮算法(如JPEG-LS, CALIC等)相比，在壓縮比相當?shù)那闆r下，算法簡單，所需的存儲器面積和處理時間也都大幅度下降，可以很好地兼容到醫(yī)療或航天圖像壓縮系統(tǒng)中。

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