《基于FPGA的高速图像压缩编码器》.pdf

基于 FPGA 的高速图像压缩编码器设计与实现 －2009 Altera电子设计文章竞赛获奖作品 目录 1 引言 3 2 基于小波的图像编码算法原理 3 3 高速编码器实现方案 4 3.1 整体方案 4 3.2 小波变换处理单元设计 5 3.3 比特平面并行的主处理单元 6 4 设计结果分析 6 4.1 设计平台 6 4.2 设计结果 6 4.3 性能测试 7 5 结论 7 参考文献 8 台 平 新 创 风 飓 色 红 摘要：为解决高分辨率遥感图像和医学图像的实时压缩问题，本文提出了一种适合FPGA 实现的无链表小波零树压缩算法，通过预处理和主处理过程分解实现了并行流水编码结 构。利用Altera公司的DE3开发平台完成了算法的验证，实现了200MPixels/s的处理 能力，可支持4096×2048分辨率的灰度图像25帧/秒的实时编码。由于采用了FPGA架 构实现，系统具有可重构性，可广泛应用于卫星遥感，工业成像及医疗影像的无损或近 无损压缩。 1 引言 随着空间技术和光谱成像技术的发展,人们可以从不同的波段上获取目标物体丰富 的图像信息，但随之而来的问题是所获取图像的分辨率和数据量急剧增加。目前有限的 信道传输和存储能力无法适应空间遥感图像的海量数据,这已成为制约空间遥感图像分 [1] 辨率提高的瓶颈 。 X光和CT等医学图像压缩技术是远程医疗诊断系统和医学图像存储传输系统等研究 领域中的重要课题之一。与遥感图像类似，医学图像压缩要求尽量保留原始图像数据中 台 蕴含的真实信息,现有的商业图像编码芯片无法满足海量医学图像数据有效存储和实时 传输的实际应用需求。因此高速高分辨率图像压缩编码器成为了遥感和医学图像压缩领 域的研究热点。 平 遥感图像和医学图像与传统自然光图像统计特性有显著差别，而且不允许丢失有用 新 的细节信息，一般采用无损或者近无损压缩。传统的DCT（Discrete Cosine Transform， 离散余弦变换）会产生浮点数，因而必须对变换后的数据进行量化处理，这样就会产生 不同程度的失真，因此采用DCT变换的JPEG压缩算法不适合遥感图像和医学图像压缩。 创 采用提升小波变换的压缩算法，如JPEG2000和SPIHT算法等能够实现整数变换，可 同时支持无损和有损压缩。图像压缩编码器实现方式主要有三种：ASIC，DSP和FPGA。 风 目前只有ADI公司的推出了ASIC解决方案。ADV202[2]采用了JPEG2000 标准，由于 算法复杂，因此编码速度只能达到 65MPixels/s （MPixels/s ：百万像素/秒）。采用DSP芯 飓 片实现的编码具有灵活性