快速高效无损图像压缩系统的低功耗硬件实现-哈尔滨工程大学学报.PDF

第３５卷第３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．３５ №．３ ２０１４年３月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｍａｒ．２０１４ 快速高效无损图像压缩系统的低功耗硬件实现 薛金勇，黑勇，陈黎明 （中国科学院微电子研究所，北京 １０００２９） 摘　 要：针对快速高效无损图像压缩系统（ＦＥＬＩＣＳ）中，Ｇｏｌｏｍｂ⁃Ｒｉｃｅ编码ｋ参数选取增加系统复杂度和限制系统吞吐量 的问题，依据基于上下文的图像压缩理论，采用ＪＰＥＧ⁃ＬＳ 中的序列参数估计方法，研究了限长Ｇｏｌｏｍｂ⁃Ｒｉｃｅ编码。 给出了 面向超大规模集成电路（ＶＬＳＩ）实现的低功耗快速高效无损图像压缩系统。 ＶＬＳＩ⁃ｏｒｉｅｎｔｅｄ ＦＥＬＩＣＳ简化了ｋ参数的选取， 提高了系统的吞吐率；针对贝尔图像格式的算法扩展提高了ＦＥＬＩＣＳ算法对Ｂａｙｅｒ 图像的压缩效果。 在ＳＭＩＣ０．１３ μｍ工 艺条件下，基于该方法完成了面向低功耗胃窥镜的ＶＬＳＩ设计。 当系统工作在２５ ＭＨｚ，图像数据时钟为２４ ＭＨｚ时，编码 每帧图像的功耗仅为１１．１５ μＷ，ＶＧＡ 图像的吞吐率可以达到６０ ｆ／ ｓ。 关键词：快速高效无损图像压缩系统；Ｇｏｌｏｍｂ⁃Ｒｉｃｅ编码；吞吐量；超大规模集成电路；贝尔图像；低功耗 ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１２１２０６４ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｏｉ／ １０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１２１２０６４．ｈｔｍｌ 中图分类号：ＴＮ４７　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１４）０３⁃０３６８⁃０５ Ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｓｔ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＸＵＥＪｉｎｙｏｎｇ，ＨＥＩ Ｙｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｌｉｍｉｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｇｏｌｏｍｂ⁃Ｒｉｃｅｃｏｄｅｏｆ ｔｈｅｆａｓｔ ａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｏｓｓｌｅｓｓｉｍａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ （ＦＥＬＩＣＳ）ｒｅｑｕｉｒｅｓｅｓ⁃ ｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｄｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅ ｋ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｓ ｔｈｅ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ⁃ｌｅｎｇｔｈ Ｇｏｌｏｍｂ⁃Ｒｉｃｅ ｃｏｄｅ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＪＰＥＧ⁃ ＬＳ ｗａｓ ｍａｄｅ ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｉｍａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｖｅｒｙｌａｒｇｅｓｃａｌｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ （ＶＬＳＩ）⁃ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ＦＥＬＩＣＳ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ＶＬＳＩ⁃ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ＦＥＬＩＣＳ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｃｏｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅＶＬＳＩ⁃ｏｒｉｅｎｔｅｄＦＥＬＩＣＳｗｉｔｈ Ｂａｙｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｙｅｒ ｉｍａｇｅｓ． Ｔｈｅ ＶＬＳＩ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｉｍｐ