jpeg-ls遙感圖像編碼算法的fpga實(shí)現(xiàn)

1、JPEGLSJPEGLS遙感圖像編碼算法的遙感圖像編碼算法的FPGAFPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)王海榮，孫雷?（?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)學(xué)院，海南海口571127）摘要：要：文章通過(guò)研究JPEGLS編碼算法，對(duì)該算法采用FPGA芯片XC4VSX5512ff1148，在Xilinx公司的開(kāi)發(fā)平臺(tái)ise14.7上加以實(shí)現(xiàn)。該算法采取模塊化的設(shè)計(jì)思想，從圖像數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)、變量更新、Golomb編碼、常規(guī)模式編碼、游程模式編碼、編碼的輸出和存儲(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊化，

2、各模塊采用VHDL語(yǔ)言來(lái)描述。最后綜合得出單幅圖像編碼的編碼速率、綜合速率和芯片的利用率。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：FPGA；JPEGLS；VHDL中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TN919.81TN919.81文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：（文章編號(hào)：（20172017）0303FPGAImplementationOfJPEGLSRemoteSensingImageCodingAlgithmWANGHairong(wkCollegeHaikouU

3、niversityofEconomicsHaikouHainan571127)Abstract:InthispaperthroughtheresearchofJPEGLSencodingalgithmthealgithmisimplementedwithFPGAchipXC4VSX5512ff1148whichisimplementedontheise14.7developmentplatfmofXilinxcompany.Thealg

4、ithmadoptsmodulardesignidea，fromtheimagedatacollectionstagevariableupdateGolombencodingregularmodeencodingrunlengthmodeencodingencodingoutputstagetoachievemodulareachmoduleisdescribedinVHDLlanguage.Finallythecodingratesy

5、nthesisratechiputilizationofsingleimagecodingareobtained.Keywds:FPGA；JPEGLS；VHDL前言前言JPEGLS是ISOITU標(biāo)準(zhǔn)中用于靜態(tài)連續(xù)色調(diào)圖像無(wú)損近無(wú)損壓縮的一種圖像編碼算法[1]，是HP實(shí)驗(yàn)室提出的低復(fù)雜度的圖像壓縮算法[2]。目前廣泛使用的無(wú)損圖像壓縮算法有JBIG、JPEG2000、DPCM等，其中JBIG壓縮算法主要針對(duì)二值圖像，應(yīng)用于打印系統(tǒng)內(nèi)部；J

6、PEG2000圖像壓縮算法采用小波技術(shù)，利用其局部的分辨特性獲得感興趣區(qū)域的壓縮碼流，小波運(yùn)算硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大，不便于FPGA實(shí)現(xiàn)；DPCM是比較早的無(wú)損壓縮算法，主要是通過(guò)預(yù)測(cè)和差分編碼方式來(lái)減少冗余，從而實(shí)現(xiàn)壓縮的目的[3]而JPEGLS采用的核心算法為L(zhǎng)OCOI算法[4]，該算法是一種基于上下文的預(yù)測(cè)差分編碼方法，對(duì)于圖像中的平坦區(qū)域采用游長(zhǎng)模式編碼，否則采用常規(guī)模式編碼，與以上壓縮算法相比較，JPEGLS在無(wú)損壓

7、縮領(lǐng)域具有高保真度、低復(fù)雜度，便于硬件實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)于JPEGLS算法的改進(jìn)和優(yōu)化在理論研究和程序?qū)崿F(xiàn)上已經(jīng)比較成熟。而對(duì)于硬件的實(shí)現(xiàn)上，目前也取得了很大的進(jìn)步，比喻對(duì)于該算法的VLSL實(shí)現(xiàn)[5]對(duì)于圖像無(wú)損壓縮IP核的FPGA設(shè)計(jì)[6]以及JPEGLS算法內(nèi)某一編碼方法改進(jìn)后的硬件實(shí)現(xiàn)等。本設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，從圖像數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)、變量更新、Golomb編碼、常規(guī)模式編碼、游程模式編碼、編碼的輸出和存儲(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊基金項(xiàng)目：基

8、金項(xiàng)目：20152015年?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院科研重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：hjkz1503重點(diǎn)項(xiàng)目）；作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：王海榮（1980），女，湖北天門人，海口經(jīng)濟(jì)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)學(xué)院講師，研究方向：信號(hào)與信息處理、電子信息。變量更新：即對(duì)變量A[Q]、B[Q]、C[Q]、N[Q]的值進(jìn)行更新，更新的過(guò)程必須按照預(yù)測(cè)誤差的取值情況來(lái)進(jìn)行。（三）游程長(zhǎng)度編碼的實(shí)現(xiàn)原理若進(jìn)入游程長(zhǎng)度編碼模式，則按照游程掃描、游程長(zhǎng)度編碼、游程中斷值編碼三個(gè)步驟來(lái)完成，流程圖

9、如圖3：圖3游程長(zhǎng)度編碼流程圖游程掃描：掃描圖像數(shù)據(jù)，首先是行掃描，得x的實(shí)際值Ix，ABS（IxRa）0則輸出碼字為‘1’，然后取下一個(gè)值進(jìn)行類似于Golomb的編碼；游程中斷編碼:如果游程不是在圖像行尾結(jié)束，對(duì)于這個(gè)新的中斷值要進(jìn)行編碼（類似于Golomb的編碼）。游程編碼結(jié)束后也需按照常規(guī)模式編碼時(shí)對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行更新。二、二、JPEGLSJPEGLS遙感圖像編碼算法中關(guān)鍵技術(shù)的遙感圖像編碼算法中關(guān)鍵技術(shù)的FPGAFPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)J

10、PEGLS編碼算法流程清晰，便于硬件語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，在FPGA實(shí)現(xiàn)中采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，具體可以劃分為以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)緩存模塊，確定圖像數(shù)據(jù)的位置并建立上下文模型；梯度計(jì)算模塊，完成上下文模型梯度值的計(jì)算，并進(jìn)行編碼模式的選擇；常規(guī)編碼模塊、游程長(zhǎng)度編碼模塊以及參數(shù)的更新模塊等。整個(gè)算法在FPGA的實(shí)現(xiàn)上采用了流水線的方式，而局部則采用并行設(shè)計(jì)，既降低了流水深度，又提高了系統(tǒng)的編碼效率[7]，在采用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)該算法時(shí)，編碼流程如圖