一种适合硬件实现的jpeg-ls标准像素重建方法
【技术领域】
[OOOU 本发明属于图像压缩技术领域，更具体地，设及到一种适合硬件实现的JPEG-LS 标准像素重建方法，本发明适用于JPEG-LS无损/近无损图像压缩编码标准算法的实时应 用领域。
【背景技术】
[0002] JPEG-LS算法是联合图像专家组（Joint陆otographicExpertsGroup)制定的一 种图像压缩标准，相比于其它的压缩算法，JPEG-LS在无损和近无损压缩领域具有更高的压 缩性能，且计算复杂度适中，在天文遥感、深空探测、医学影像等领域应用广泛。JPEG-LS标 准算法支持无损和近无损压缩模式，采用游程模式或常规模式对图像进行编码，其主要步 骤包括；预测和编码。
[0003] 在常规编码的近无损压缩模式下，每个像素点在进行上下文建模时就必须用到上 一个像素的重建值，而上一个像素的重建需要经过像素预测、残差计算、W及残差量化等计 算，其中包含了复杂的除法运算，其除数和被除数都是变化的参数，硬件实现计算延时大， 制约了图像压缩速度（像素率，即每秒压缩的像素数）。目前，JPEG-LS标准压缩算法的硬 件实现有如下几种方式：
[0004] (1)只实现无损模式，避开像素重建环节。西安电子科技大学在其申请专利 "JPEG-LS常规编码硬件实现方法"（专利申请号；201210198818.X，公开号；CN102724506) 中公开了一种JPEG-LS图像压缩标准的硬件实现方法。该种方法只实现了JPEG-LS图像压 缩标准中的无损压缩模式，回避了近无损压缩模式中的像素重建环节，但丧失了近无损压 缩功能。
[0005] (2)近似计算或修改算法。北京空间机电研究所在其专利申请"基于改进的 JPEG-LS算法的遥感图像近无损压缩硬件实现方法"（专利申请号；200910082680. 5,公开 号；CN101534373)中公开了一种JPEG-LS图像压缩标准的近无损硬件实现方法。该种方法 修改了JPEG-LS标准中的像素重建值的计算方式，使得像素的重建值能在很短时间内由当 前像素和近无损度参数Near值计算得到，取消了原标准中的计算像素重建值的反馈环路， 使得整个编码过程能够流水进行。但是，该发明的方法存在不足；该种改进方式是JPEG-LS 标准算法的近似计算，压缩比性能下降，同时，该种编码方式给解码带来了不小的难度。
【发明内容】
[0006] 本发明针对JPEG-LS标准中近无损图像压缩编码中计算复杂的环节，进行了计算 优化，W减小像素重建环节的时延，降低运算实现难度，在保留JPEG-LS中像素重建反馈环 路的同时，确保了压缩性能，并有效提高了编码器的处理速度。 FrrvnJ -\- ^PAR
[0007] 实现本发明的思路是:利用一种等价简化的方法替代了^4、.^'1中复杂的 2^ NEA民+\ 除法运算，首先将除法运算转换成乘法进行倍率放大，然后再截取位；并根据倍率放大结果 进行误差补偿，有效避免了除法运算，适合硬件实现。
[000引为了实现上述目的，本发明提供了一种适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方 法，包括如下步骤：
[0009] (1)对预测残差取绝对值：将获得的残差值化rval进行取绝对值运算，得到残差 绝对值化1'￥31_油3 ;
[0010] 似倍率放大运算：将得到的残差绝对值化1~巾31_油8与近无损度参数Near值 相加，并将得到的结果与近无损度参数Near值相关的常数A相乘，得到倍率放大结果 Amplifier；
[0011] (3)对倍率放大结果进行截位操作：取倍率放大结果Amplifier的第K-1位W上 所有位作为截位结果&rrval_q_temp;
[0012] (4)对截位后结果进行误差补偿：判断倍率放大结果Amplifier的第K-1位到第 K-3位的值，若为111，则对截位结果Errval_q_temp值加1，W进行补偿操作；若不为111， 则截位结果化rval_q_temp的值保持不变，从而得到残差量化值的绝对值化rval_q_油S;
[0013] (5)计算像素重建值；根据得到的残差量化值的绝对值化rval_q_油S、上下文索 引值的符号标志SIGN、预测修正值Px_cW及近无损度参数Near,计算得到像素重建值Rx。
[0014] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（2)中，倍率放大结果为：
[0015]Amplifier=巧rrval+Near) * 入
[0016] 其中，与Near值相关的参数
【主权项】
1. 一种适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 对预测残差取绝对值：将获得的残差值Errval进行取绝对值运算，得到残差绝对 值Errval_abs; (2) 倍率放大运算：将得到的残差绝对值Errvalabs与近无损度参数Near值相加，并 将得到的结果与近无损度参数Near值相关的常数X相乘，得到倍率放大结果Amplifier; (3) 对倍率放大结果进行截位操作：取倍率放大结果Amplifier的第K-I位以上所有 位作为截位结果Errval_q_temp; (4) 对截位后结果进行误差补偿：判断倍率放大结果Amplifier的第K-I位到第K-3位 的值，若为111，则对截位结果Errval_q_temp值加1，以进行补偿操作；若不为111，则截位 结果Errval_q_temp的值保持不变，从而得到残差量化值的绝对值Errval_q_abs; (5) 计算像素重建值：根据得到的残差量化值的绝对值ErrVal_q_abS、上下文索引值Q 的符号标志SIGN、预测修正值Px_c以及近无损度参数Near，计算得到像素重建值Rx。
2. 根据权利要求1所述的适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其特征在于，所 述步骤（2)中，倍率放大结果为： Amplifier= (Errval+Near)*入
Near为近无损度参数。
3. 根据权利要求2所述的适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其特征在于，所 述K取值为15。
4. 根据权利要求1或2所述的适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其特征在 于，所述步骤（3)中取倍率放大结果Amplifier中第K-I位开始以上的各位，将K-I位及其 以下的各位丢弃，得到截位结果Errval_q_temp。
5. 根据权利要求1或2所述的适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其特征在 于，所述的步骤（5)中，像素重建计算过程为：
其中Px_c为预测修正值，SIGN为上下文索引值Q的符号标志，Near为JPEG-LS标准中 近无损度参数，Errval_q_abs为残差量化值的绝对值，Errval为残差值。
6. 根据权利要求1或2所述的适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其特征 在于，在所述步骤（2)中，事先将不同近无损度参数Near值对应的X预先计算出来，然后 对这些A值进行并行的乘法运算，计算出对应的倍率放大结果并保存；在分辨率放大运算 时，根据当前的近无损度参数Near值对所需的倍率放大结果选择，得到与该近无损度参数 Near值对应的倍率放大结果Amplifier。
7. 根据权利要求1或2所述的适合硬件实现的JPEG-LS标准像素重建方法，其 特征在于，在所述步骤（5)中，事先求得不同近无损度参数Near值对应的Errval_q_ abs*(2*Near+l)的值，然后根据当前的近无损度参数Near值选取相应的Errval_q_ abs* (2*Near+l)值，将输出结果与预测修正值Px_c进行加法和减法并行计算，再根据残差 值Errval与索引值的符号标志SIGN的符号来判断选取对应输出的像素重建值Rx:若两者 同号，则输出加法运算的结果；若异号，则输出减法运算的结果。
【专利摘要】本发明公开了一种适合硬件实现的JPEG-LS无损/近无损图像压缩标准中像素重建方法。像素重建的主要步骤为，对残差值Errval进行量化处理得到Errval_q，再与预测修正值Px_c、近无损度Near以及上下文索引值Q的符号标志SIGN进行计算，得到当前像素重建值，给下个像素的上下文建模使用。预测残差量化过程中除数和被除数都是变化参数的除法运算：直接硬件实现效率低,本发明对其进行了等价简化：先通过倍率放大将除法转换成乘法，再截位还原和误差补偿，有效避免了除法运算，适合硬件实现。本发明实现结果与标准算法完全等价，并且克服了现有技术中编码器处理速度慢的缺点，具体步骤如下：(1)残差取绝值(2)倍率放大(3)截位还原(4)误差补偿(5)计算像素重建值。
【IPC分类】H04N19-182, H04N19-42, H04N19-137
【公开号】CN104717508
【申请号】CN201510117752
【发明人】颜露新, 张天序, 陈立群, 桑红石, 颜钊, 蔡昔, 钟胜
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月17日