一種圖像無損壓縮裝置及方法制造方法及圖紙

一種圖像無損壓縮裝置及方法，該方法包括以下步驟：第一幀圖像不作處理傳輸至碼流合成器；狀態寄存單元寄存第i幀圖像的像素序號、行序號和幀序號，數據分配器將第i幀圖像數據中的暗像素行傳輸至S?O?F插入器，并輸出第i幀圖像的碼流函數；數據分配器傳輸第i幀圖像數據中除暗像素行外的其他有效像素行至求差編碼單元，計算第i幀圖像的先序/后序圖像幀殘差，進行編碼輸出第i幀圖像每一有效像素行的標示值和OV值；碼流合成器輸出第一幀圖像原始數據、第i幀圖像碼流函數、第i幀圖像第j行標示值和OV值。本發明專利技術延時較低，能實現較高的處理主頻；并行度高，同時對多幀圖像進行無損壓縮處理，利于算法的硬件移植，可實現極高數據帶寬下的實時壓縮。

Device and method for lossless compression of images

A lossless image compression method and device, the method comprises the following steps: first frame image were transmitted to the stream synthesizer; state register unit, register the I frame image pixel number, line number and frame number, data distributor of the I frame image data in the dark like motoyuki transfer to S O F insert, stream function and output of the I frame image; for other effective pixels to removing dark pixel rows of data transmission of the I frame image data distributor in differential encoding unit, calculate the I image of the first order / sequence after the image frame residuals, encoding output per effective pixel line I image labeling and OV values; the output stream synthesizer in the first frame of the image data, the original I image stream function, the I frame image line j mark and OV values. The invention has the advantages of low time delay, high processing frequency, high parallelism, and lossless compression of multi frame images, which is beneficial to the hardware transplantation of the algorithm, and can realize real-time compression under very high data bandwidth.

【技術實現步驟摘要】
一種圖像無損壓縮裝置及方法
本專利技術涉及圖像信息處理裝置及方法，尤其涉及一種圖像無損壓縮裝置及方法。
技術介紹
圖像傳感器目前已廣泛應用于科學研究、工業生產、醫療衛生和國防軍事等各個領域。隨著圖像分辨率及圖像幀率的不斷提升，人類得以觀察到更加細微的物體特征，或者更為短暫的物理現象，從而極大的豐富了人類的觀測手段，提高了人類的認知水平。然而隨著圖像性能參數的迅速提升，同時也帶來了圖像數據量和數據傳輸帶寬成倍增長的巨大挑戰。海量的圖像數據和超高數據傳輸帶寬，為后續的圖像傳輸、存儲及處理都帶來了一系列技術難題。目前針對此類高分辨率、高幀率下的超高帶寬圖像數據流(尤其是對超過10Gbps量級的圖像數據流)，進行實時的、且無信息損失的壓縮相對困難。受高幀率、高數據帶寬以及處理能力的限制，現有高速圖像采集系統中，多為直接存儲原始圖像數據而未做任何處理。所以圖像數據中存在大量的冗余數據，實際上浪費了存儲容量，占用了額外傳輸帶寬，也大幅提高了成像系統的實現成本。
技術實現思路
基于以上問題，本專利技術的主要目的在于提出一種圖像無損壓縮裝置及方法，用于解決以上技術問題中的至少之一。為了實現上述目的，作為本專利技術的一個方面，本專利技術提出了一種圖像無損壓縮裝置，包括狀態寄存單元、數據分配器、S-O-F插入器、求差編碼單元和碼流合成器，其中：狀態寄存單元用于提取待處理圖像的像素序號、行序號和幀序號并對其寄存處理；數據分配器，接收狀態寄存單元輸出的行序號和幀序號來選擇將待處理圖像傳輸到S-O-F插入器或求差編碼單元；S-O-F插入器，接收狀態寄存單元輸出的像素序號、行序號和幀序號和數據分配器輸出的所述圖像，將圖像的暗像素行的數據值修改為設定的對齊碼值并向碼流合成器輸出碼流函數；求差編碼單元，接收除了暗像素行外的其他有效像素行計算先序/后序圖像幀殘差，并對殘差進行編碼，向碼流合成器輸出每一有效像素行的標示值和OV值；碼流合成器，用于接收碼流函數、每一有效像素行的標示值和OV值，形成壓縮后的數據流。進一步地，上述狀態寄存單元包括P循環計數器、L循環計數器和F遞增計數器，用于分別寄存所述接收圖像數據的像素序號、行序號和幀序號。進一步地，上述S-O-F插入器的輸出碼流函數G(p，l，f)滿足如下條件：或其中，gray(p，l，f)為圖像的灰度函數，p為圖像像素序號，l為圖像行序號，f為圖像幀序號，M為圖像寬度，N為圖像高度，R為圖像像素的量化位寬，Ldark為圖像的暗像素行高。進一步地，上述碼流合成器，根據所述行序號和幀序號依次選擇輸出碼流函數、每一有效像素行的標示值和OV值的壓縮圖像數據流；所述求差編碼單元包括數據雙緩存單元、幀間差分運算器、差值編碼器和OV數據緩存單元。所述幀間差分運算器與所述數據雙緩沖單元連接，用于根據所述圖像的除了暗像素行外的其他有效像素行計算先序/后序圖像幀殘差δ(p，l，f)，所述殘差δ(p，l，f)的計算公式為：δ(p，l，f)＝gray(p，l，f)-gray(p，l，f-1)(1≤p≤M，Ldark＜l≤N，f＞1)。進一步地，上述差值編碼器與所述幀間差分運算器和碼流合成器連接，用于對殘差進行編碼并輸出每一有效像素行的標示值B(p，l，f)，該標示值B(p，l，f)滿足如下條件：其中，TH為預設閾值，其值為TH＝2k-1(0＜K＜R)；binKδ(p，l，f)為殘差的K比特有符號自然二進制碼，binKTH為TH的K比特有符號自然二進制碼，binK-(TH+1)為-(TH+1)的K比特有符號自然二進制碼。進一步地，上述幀間差分運算器還用于計算得到OV值，OV數據緩存單元與幀間差分運算器和碼流合成器連接，用于接收、存儲并輸出每一有效像素行的OV值，所述OV值O(p，l，f)滿足如下條件：其中，binRδ(p，l，f)為殘差的R比特有符號自然二進制碼。為了實現上述目的，作為本專利技術的另一個方面，本專利技術提出一種圖像無損壓縮方法，采用上述的圖像無損壓縮裝置，所述圖像包括f幀圖像，其中f為大于等于2的自然數；該方法包括以下步驟：步驟1、第1幀圖像經過狀態寄存單元、數據分配器和S-O-F插入器，不作處理直接將原始數據傳輸至碼流合成器；步驟2、狀態寄存單元依次寄存第i幀圖像的像素序號、行序號和幀序號，根據行序號和幀序號，數據分配器將第i幀圖像數據中的暗像素行傳輸至S-O-F插入器，并輸出第i幀圖像的碼流函數G(p，l，f)至碼流合成器；步驟3、數據分配器依次傳輸第i幀圖像數據中除暗像素行外的其他有效像素行至求差編碼單元，計算第i幀圖像的先序/后序圖像幀殘差，并對殘差進行編碼輸出第i幀圖像每一有效像素行的標示值B(p，l，f)和OV值O(p，l，f)；步驟4、碼流合成器根據所述行序號和幀序號依次輸出第一幀圖像原始數據、第i幀圖像的碼流函數G(p，l，f)、第i幀圖像第j行的標示值B(p，l，f)、OV值O(p，l，f)，其中j＞暗像素行數，2≤i≤f。進一步地，上述碼流函數G(p，l，f)滿足如下條件：或其中，gray(p，l，f)為圖像的灰度函數，p為圖像像素序號，l為圖像行序號，f為圖像幀序號，M為圖像寬度，N為圖像高度，R為圖像像素的量化位寬，Ldark為圖像的暗像元行高。進一步地，上述標示值B(p，l，f)滿足如下條件：其中，TH為預設閾值，其值為TH＝2k-1(0＜K＜R)；binKδ(p，l，f)為殘差的K比特有符號自然二進制碼，binKTH為TH的K比特有符號自然二進制碼，binK-(TH+1)為-(TH+1)的K比特有符號自然二進制碼。進一步地，上述OV值O(p，l，f)滿足如下條件：其中，binRδ(p，l，f)為殘差的R比特有符號自然二進制碼。基于上述技術方案可知，本專利技術提出的圖像無損壓縮裝置及方法具有以下有益效果：1、本專利技術提出的無損壓縮方法簡單高效，硬件實現時延時較低，可以實現較高的處理主頻；此外并行度高，可以同時對多個幀的圖像進行無損壓縮處理，因此利于算法的硬件移植，可實現極高數據帶寬下的實時壓縮；2、本專利技術中圖像數據的暗像素行經由S-O-F插入器，將其數據值修改為設定的對齊碼，使暗像素行的數值變為規則的，且交替突變的對齊碼值，利于壓縮數據后處理或圖像重建階段的快速圖像檢索、定位和對齊；同時又保留了第一幀中的暗像素數據，可以用于圖像校正處理，即保留又利用了按像素行；3、本專利技術提出的無損壓縮裝置及其壓縮方法尤其適用于高幀率圖像數據流和緩變圖像數據流的壓縮。附圖說明圖1是本專利技術一實施例提出的圖像無損壓縮裝置的結構示意圖；圖2是本專利技術一實施例提出的圖像無損壓縮方法的實現流程圖；圖3是本專利技術圖1中碼流合成器輸出的數據結構圖；圖4(a)是本專利技術一實施例提出的圖像無損壓縮方法的第二幀圖像的原始圖像的示意圖；圖4(b)是本專利技術一實施例提出的圖像無損壓縮方法處理后第二幀圖像的示意圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明。本專利技術提出了一種圖像無損壓縮裝置，包括狀態寄存單元、數據分配器、S-O-F插入器、求差編碼單元和碼流合成器，其中：狀態寄存單元用于提取待處理圖像的像素序號、行序號和幀序號并對其寄存處理；數據分配器，接收狀態寄存單元輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種圖像無損壓縮裝置，包括狀態寄存單元、數據分配器、S?O?F插入器、求差編碼單元和碼流合成器，其中：狀態寄存單元用于提取待處理圖像的像素序號、行序號和幀序號并對其寄存處理；數據分配器，接收狀態寄存單元輸出的行序號和幀序號來選擇將所述待處理圖像傳輸到S?O?F插入器或求差編碼單元；S?O?F插入器，接收狀態寄存單元輸出的像素序號、行序號和幀序號和數據分配器輸出的所述圖像，將所述圖像的暗像素行的數據值修改為設定的對齊碼值并向碼流合成器輸出碼流函數；求差編碼單元，接收除了暗像素行外的其他有效像素行計算先序/后序圖像幀殘差，并對殘差進行編碼，向碼流合成器輸出每一有效像素行的標示值和OV值；碼流合成器，用于接收所述碼流函數、每一有效像素行的標示值和OV值，形成壓縮后的數據流。

【技術特征摘要】
1.一種圖像無損壓縮裝置，包括狀態寄存單元、數據分配器、S-O-F插入器、求差編碼單元和碼流合成器，其中：狀態寄存單元用于提取待處理圖像的像素序號、行序號和幀序號并對其寄存處理；數據分配器，接收狀態寄存單元輸出的行序號和幀序號來選擇將所述待處理圖像傳輸到S-O-F插入器或求差編碼單元；S-O-F插入器，接收狀態寄存單元輸出的像素序號、行序號和幀序號和數據分配器輸出的所述圖像，將所述圖像的暗像素行的數據值修改為設定的對齊碼值并向碼流合成器輸出碼流函數；求差編碼單元，接收除了暗像素行外的其他有效像素行計算先序/后序圖像幀殘差，并對殘差進行編碼，向碼流合成器輸出每一有效像素行的標示值和OV值；碼流合成器，用于接收所述碼流函數、每一有效像素行的標示值和OV值，形成壓縮后的數據流。2.如權利要求1所述的圖像無損壓縮裝置，其特征在于，所述狀態寄存單元包括P循環計數器、L循環計數器和F遞增計數器，用于分別寄存所述接收圖像數據的像素序號、行序號和幀序號。3.如權利要求1所述的圖像無損壓縮裝置，其特征在于，所述S-O-F插入器的輸出碼流函數G(p，l，f)滿足如下條件：或其中，gray(p，l，f)為圖像的灰度函數，p為圖像像素序號，l為圖像行序號，f為圖像幀序號，M為圖像寬度，N為圖像高度，R為圖像像素的量化位寬，Ldark為圖像的暗像元行高。4.如權利要求3所述的圖像無損壓縮裝置，其特征在于，所述碼流合成器，根據所述行序號和幀序號依次選擇輸出碼流函數、每一有效像素行的標示值和OV值的壓縮圖像數據流；所述求差編碼單元包括數據雙緩存單元、幀間差分運算器、差值編碼器和OV數據緩存單元。所述幀間差分運算器與所述數據雙緩沖單元連接，用于根據所述圖像的除了暗像素行外的其他有效像素行計算先序/后序圖像幀殘差δ(p，l，f)，所述殘差δ(p，l，f)的計算公式為：δ(p，l，f)＝gray(p，l，f)-gray(p，l，f-1)(1≤p≤M，Ldark＜l≤N，f＞1)。5.如權利要求4所述的圖像無損壓縮裝置，其特征在于，所述差值編碼器與所述幀間差分運算器和碼流合成器連接，用于對殘差進行編碼并輸出每一有效像素行的標示值，該標示值B(p，l，f)滿足如下條件：其中，TH為預設閾值，其值為TH＝2k-1(0＜K＜R)；binKδ(p，l，f)為殘差的K比特有符號自然二進制碼，binKTH為TH的K...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦琦，王加慶，吳南健，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11