一种图像无损压缩装置及方法制造方法及图纸

一种图像无损压缩装置及方法，该方法包括以下步骤：第一帧图像不作处理传输至码流合成器；状态寄存单元寄存第i帧图像的像素序号、行序号和帧序号，数据分配器将第i帧图像数据中的暗像素行传输至S‑O‑F插入器，并输出第i帧图像的码流函数；数据分配器传输第i帧图像数据中除暗像素行外的其他有效像素行至求差编码单元，计算第i帧图像的先序/后序图像帧残差，进行编码输出第i帧图像每一有效像素行的标示值和OV值；码流合成器输出第一帧图像原始数据、第i帧图像码流函数、第i帧图像第j行标示值和OV值。本发明专利技术延时较低，能实现较高的处理主频；并行度高，同时对多帧图像进行无损压缩处理，利于算法的硬件移植，可实现极高数据带宽下的实时压缩。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种图像无损压缩装置及方法
本专利技术涉及图像信息处理装置及方法，尤其涉及一种图像无损压缩装置及方法。
技术介绍
图像传感器目前已广泛应用于科学研究、工业生产、医疗卫生和国防军事等各个领域。随着图像分辨率及图像帧率的不断提升，人类得以观察到更加细微的物体特征，或者更为短暂的物理现象，从而极大的丰富了人类的观测手段，提高了人类的认知水平。然而随着图像性能参数的迅速提升，同时也带来了图像数据量和数据传输带宽成倍增长的巨大挑战。海量的图像数据和超高数据传输带宽，为后续的图像传输、存储及处理都带来了一系列技术难题。目前针对此类高分辨率、高帧率下的超高带宽图像数据流(尤其是对超过10Gbps量级的图像数据流)，进行实时的、且无信息损失的压缩相对困难。受高帧率、高数据带宽以及处理能力的限制，现有高速图像采集系统中，多为直接存储原始图像数据而未做任何处理。所以图像数据中存在大量的冗余数据，实际上浪费了存储容量，占用了额外传输带宽，也大幅提高了成像系统的实现成本。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的主要目的在于提出一种图像无损压缩装置及方法，用于解决以上技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种图像无损压缩装置，包括状态寄存单元、数据分配器、S-O-F插入器、求差编码单元和码流合成器，其中：状态寄存单元用于提取待处理图像的像素序号、行序号和帧序号并对其寄存处理；数据分配器，接收状态寄存单元输出的行序号和帧序号来选择将待处理图像传输到S-O-F插入器或求差编码单元；S-O-F插入器，接收状态寄存单元输出的像素序号、行序号和帧序号和数据分配器输出的所述图像，将图像的暗像素行的数据值修改为设定的对齐码值并向码流合成器输出码流函数；求差编码单元，接收除了暗像素行外的其他有效像素行计算先序/后序图像帧残差，并对残差进行编码，向码流合成器输出每一有效像素行的标示值和OV值；码流合成器，用于接收码流函数、每一有效像素行的标示值和OV值，形成压缩后的数据流。进一步地，上述状态寄存单元包括P循环计数器、L循环计数器和F递增计数器，用于分别寄存所述接收图像数据的像素序号、行序号和帧序号。进一步地，上述S-O-F插入器的输出码流函数G(p，l，f)满足如下条件：或其中，gray(p，l，f)为图像的灰度函数，p为图像像素序号，l为图像行序号，f为图像帧序号，M为图像宽度，N为图像高度，R为图像像素的量化位宽，Ldark为图像的暗像素行高。进一步地，上述码流合成器，根据所述行序号和帧序号依次选择输出码流函数、每一有效像素行的标示值和OV值的压缩图像数据流；所述求差编码单元包括数据双缓存单元、帧间差分运算器、差值编码器和OV数据缓存单元。所述帧间差分运算器与所述数据双缓冲单元连接，用于根据所述图像的除了暗像素行外的其他有效像素行计算先序/后序图像帧残差δ(p，l，f)，所述残差δ(p，l，f)的计算公式为：δ(p，l，f)＝gray(p，l，f)-gray(p，l，f-1)(1≤p≤M，Ldark＜l≤N，f＞1)。进一步地，上述差值编码器与所述帧间差分运算器和码流合成器连接，用于对残差进行编码并输出每一有效像素行的标示值B(p，l，f)，该标示值B(p，l，f)满足如下条件：其中，TH为预设阈值，其值为TH＝2k-1(0＜K＜R)；binKδ(p，l，f)为残差的K比特有符号自然二进制码，binKTH为TH的K比特有符号自然二进制码，binK-(TH+1)为-(TH+1)的K比特有符号自然二进制码。进一步地，上述帧间差分运算器还用于计算得到OV值，OV数据缓存单元与帧间差分运算器和码流合成器连接，用于接收、存储并输出每一有效像素行的OV值，所述OV值O(p，l，f)满足如下条件：其中，binRδ(p，l，f)为残差的R比特有符号自然二进制码。为了实现上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术提出一种图像无损压缩方法，采用上述的图像无损压缩装置，所述图像包括f帧图像，其中f为大于等于2的自然数；该方法包括以下步骤：步骤1、第1帧图像经过状态寄存单元、数据分配器和S-O-F插入器，不作处理直接将原始数据传输至码流合成器；步骤2、状态寄存单元依次寄存第i帧图像的像素序号、行序号和帧序号，根据行序号和帧序号，数据分配器将第i帧图像数据中的暗像素行传输至S-O-F插入器，并输出第i帧图像的码流函数G(p，l，f)至码流合成器；步骤3、数据分配器依次传输第i帧图像数据中除暗像素行外的其他有效像素行至求差编码单元，计算第i帧图像的先序/后序图像帧残差，并对残差进行编码输出第i帧图像每一有效像素行的标示值B(p，l，f)和OV值O(p，l，f)；步骤4、码流合成器根据所述行序号和帧序号依次输出第一帧图像原始数据、第i帧图像的码流函数G(p，l，f)、第i帧图像第j行的标示值B(p，l，f)、OV值O(p，l，f)，其中j＞暗像素行数，2≤i≤f。进一步地，上述码流函数G(p，l，f)满足如下条件：或其中，gray(p，l，f)为图像的灰度函数，p为图像像素序号，l为图像行序号，f为图像帧序号，M为图像宽度，N为图像高度，R为图像像素的量化位宽，Ldark为图像的暗像元行高。进一步地，上述标示值B(p，l，f)满足如下条件：其中，TH为预设阈值，其值为TH＝2k-1(0＜K＜R)；binKδ(p，l，f)为残差的K比特有符号自然二进制码，binKTH为TH的K比特有符号自然二进制码，binK-(TH+1)为-(TH+1)的K比特有符号自然二进制码。进一步地，上述OV值O(p，l，f)满足如下条件：其中，binRδ(p，l，f)为残差的R比特有符号自然二进制码。基于上述技术方案可知，本专利技术提出的图像无损压缩装置及方法具有以下有益效果：1、本专利技术提出的无损压缩方法简单高效，硬件实现时延时较低，可以实现较高的处理主频；此外并行度高，可以同时对多个帧的图像进行无损压缩处理，因此利于算法的硬件移植，可实现极高数据带宽下的实时压缩；2、本专利技术中图像数据的暗像素行经由S-O-F插入器，将其数据值修改为设定的对齐码，使暗像素行的数值变为规则的，且交替突变的对齐码值，利于压缩数据后处理或图像重建阶段的快速图像检索、定位和对齐；同时又保留了第一帧中的暗像素数据，可以用于图像校正处理，即保留又利用了按像素行；3、本专利技术提出的无损压缩装置及其压缩方法尤其适用于高帧率图像数据流和缓变图像数据流的压缩。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的图像无损压缩装置的结构示意图；图2是本专利技术一实施例提出的图像无损压缩方法的实现流程图；图3是本专利技术图1中码流合成器输出的数据结构图；图4(a)是本专利技术一实施例提出的图像无损压缩方法的第二帧图像的原始图像的示意图；图4(b)是本专利技术一实施例提出的图像无损压缩方法处理后第二帧图像的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出了一种图像无损压缩装置，包括状态寄存单元、数据分配器、S-O-F插入器、求差编码单元和码流合成器，其中：状态寄存单元用于提取待处理图像的像素序号、行序号和帧序号并对其寄存处理；数据分配器，接收状态寄存单元输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像无损压缩装置，包括状态寄存单元、数据分配器、S‑O‑F插入器、求差编码单元和码流合成器，其中：状态寄存单元用于提取待处理图像的像素序号、行序号和帧序号并对其寄存处理；数据分配器，接收状态寄存单元输出的行序号和帧序号来选择将所述待处理图像传输到S‑O‑F插入器或求差编码单元；S‑O‑F插入器，接收状态寄存单元输出的像素序号、行序号和帧序号和数据分配器输出的所述图像，将所述图像的暗像素行的数据值修改为设定的对齐码值并向码流合成器输出码流函数；求差编码单元，接收除了暗像素行外的其他有效像素行计算先序/后序图像帧残差，并对残差进行编码，向码流合成器输出每一有效像素行的标示值和OV值；码流合成器，用于接收所述码流函数、每一有效像素行的标示值和OV值，形成压缩后的数据流。

【技术特征摘要】
1.一种图像无损压缩装置，包括状态寄存单元、数据分配器、S-O-F插入器、求差编码单元和码流合成器，其中：状态寄存单元用于提取待处理图像的像素序号、行序号和帧序号并对其寄存处理；数据分配器，接收状态寄存单元输出的行序号和帧序号来选择将所述待处理图像传输到S-O-F插入器或求差编码单元；S-O-F插入器，接收状态寄存单元输出的像素序号、行序号和帧序号和数据分配器输出的所述图像，将所述图像的暗像素行的数据值修改为设定的对齐码值并向码流合成器输出码流函数；求差编码单元，接收除了暗像素行外的其他有效像素行计算先序/后序图像帧残差，并对残差进行编码，向码流合成器输出每一有效像素行的标示值和OV值；码流合成器，用于接收所述码流函数、每一有效像素行的标示值和OV值，形成压缩后的数据流。2.如权利要求1所述的图像无损压缩装置，其特征在于，所述状态寄存单元包括P循环计数器、L循环计数器和F递增计数器，用于分别寄存所述接收图像数据的像素序号、行序号和帧序号。3.如权利要求1所述的图像无损压缩装置，其特征在于，所述S-O-F插入器的输出码流函数G(p，l，f)满足如下条件：或其中，gray(p，l，f)为图像的灰度函数，p为图像像素序号，l为图像行序号，f为图像帧序号，M为图像宽度，N为图像高度，R为图像像素的量化位宽，Ldark为图像的暗像元行高。4.如权利要求3所述的图像无损压缩装置，其特征在于，所述码流合成器，根据所述行序号和帧序号依次选择输出码流函数、每一有效像素行的标示值和OV值的压缩图像数据流；所述求差编码单元包括数据双缓存单元、帧间差分运算器、差值编码器和OV数据缓存单元。所述帧间差分运算器与所述数据双缓冲单元连接，用于根据所述图像的除了暗像素行外的其他有效像素行计算先序/后序图像帧残差δ(p，l，f)，所述残差δ(p，l，f)的计算公式为：δ(p，l，f)＝gray(p，l，f)-gray(p，l，f-1)(1≤p≤M，Ldark＜l≤N，f＞1)。5.如权利要求4所述的图像无损压缩装置，其特征在于，所述差值编码器与所述帧间差分运算器和码流合成器连接，用于对残差进行编码并输出每一有效像素行的标示值，该标示值B(p，l，f)满足如下条件：其中，TH为预设阈值，其值为TH＝2k-1(0＜K＜R)；binKδ(p，l，f)为残差的K比特有符号自然二进制码，binKTH为TH的K...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦琦，王加庆，吴南健，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11