一种易于硬件实现的JPEG―LS无损图像压缩算法

【摘 要】本文针对JPEG-LS无损图像压缩算法展开研究，算法采用C语言实现，并进一步优化，使其适合于硬件实现。分析其中的关键技术，常规模式编码、预测误差编码和游长模式编码，并将这些算法以公式和表格的形式详尽表示，降低了算法的复杂度，便于硬件描述语言编程实现。最后针对不同的图像进行了测试，得出了不同的压缩比，仿真结果表明图像的平滑度对图像的压缩比有较大的影响。

【关键词】JPEG-LS无损图像压缩；常规模式编码；游长模式编码

【Abstract】This paper studies the JPEG-LS lossless image compression algorithm， this algorithm using C language to achieve， And further optimization， easy to implement with hardware.The key technologies about the algorithm were analyzed， such as conventional mode coding， prediction error coding and run-length encoding mode. These algorithms are detailed expressed In the form of formulas and tables.， reduces the complexity of the algorithm， easy to implement with hardware language. Finally， tested for different images come to different compression rates， the image simulation results show the smoothness of compressed image has a greater impact to the rates.

【Key words】JPEG-LS Lossless image compression； Regular mode coding； Run mode coding

0 引言

随着卫星遥感图像技术的发展，人们对遥感图像的质量要求越来越高，由于航天图像分辨率的要求，数据的存储量和传输量也在急剧增加，而卫星通道带宽有限，要有效地传输图像信息，必须对图像进行高效压缩。

JPEG-LS是针对连续图像无损或近无损压缩的ISO/ITU标准，它是近年来JPEG对于图像无损压缩拟订的标准。目前，在天文观测、航空航天、以及医学摄像等领域都得到了广泛的应用，它能将无损图像无失真地还原出来。该算法在无损压缩领域具有高保真度和低复杂度等特点[1]，便于硬件实现的，同目前流行的JPEG、JPEG2000、CCSDS等无损图像压缩算法相比较，在硬件实现方面具有明显的优势。随着产业的发展、科技的进步以及图像数据量的“爆炸”似增长，研究更高效的图像压缩技术已迫在眉睫，各种先进的压缩技术优化的编码算法层出不穷。本文中对JPEG-LS静态图像压缩算法采用C语言实现，并对该算法进行了优化，使所编写的程序更适合于硬件描述语言的实现。

1 JPEG-LS图像数据压缩算法

JPEG-LS无损图像压缩算法采用自适应预测、上下文建模和Golomb编码算法，对于图像中的平坦区域采用游程模式编码[2-3]，否则采用常规模式编码。在无损压缩模式下，JPEG-LS编码模式与JPEG无失真模式相比较，区别主要在于JPEG-LS利用了Golomb行程编码，并且引入了误差可以控制的近无损（near-lossless）图像压缩。

JPEG-LS无损图像压缩的主要编码原则[4]如图1所示，原始图像数据以预定的扫描模式依次输入编码器，无损图像压缩被看做是一个归纳推理的过程，在编码当前像素时需先扫描过去的数据，给当前像素值分配一个条件概率P，就可以推断出当前的像素值，这种推断的模式称为建模，当前取样像素值的平均码长分布为-log2P。对于近无损图像压缩则采用重建值代替原始值作为条件数据。在编码过程中，越短的码长分配越大的概率值。

2 JPEG-LS图像数据压缩算法的编码过程

2.1 上下文建模

所谓上下文建模就是指利用当前待编码数据的邻居与当前像素之间的相关性对其建模。假设当前像素值为x，与其相邻的四个像素值分别为a、b、c、d，利用这四个像素样本来确定x的编码方式，即是采用常规编码还是游程长度编码。

2.2 样值编码模式的选择

【参考文献】

[1]沈洪亮，刘金国.基于JPEG-LS的遥感图像无损压缩技术[J].光电子技术，2009，9，29（3）.

[2]ISO/ICE FCD 14495.Lossless and near-lossless coding of continuous tone still images （JPEG-LS）[S].

[3]ISO/IEC International standard 15444-1，ITU Recommendation T.88，2000.Information technology-JPEG2000 image coding system[S].

[4]曹青，吴乐南.静止图像无失真编码的新标准JPEG-LS[J].电子工程师，1999，2：12-14.

[5]王海荣.JPEG-LS多路并行译码算法的硬件实现[D].海南大学，2010.

[6]吴建美，林行刚.一种改进的遥感图像无损压缩JPEG-LS算法[J].中国图象图形学报，2003（5）.