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1、JPEG-LS遥感图像编码算法的FPGA实现王海荣，孙雷基金项目：2015年海口经济学院科研重点项目（项目编号：hjkz15-03重点项目）；作者简介：王海荣（1980-），女，湖北天门人，海口经济学院网络学院讲师，研究方向：信号与信息处理、电子信息。（海口经济学院网络学院，海南海口571127）摘要：文章通过研究JPEG-LS编码算法，对该算法采用FPGA芯片XC4VSX55-12ff1148，在Xilinx公司的开发平台ise14.7上加以实现。该算法采取模块化的设计思想，从图像数据的采集和存储、变量更新、Golomb编码、常规模式编码、游程模
2、式编码、编码的输出和存储上来实现模块化，各模块采用VHDL语言来描述。最后综合得出单幅图像编码的编码速率、综合速率和芯片的利用率。关键词：FPGA；JPEG-LS；VHDL中图分类号：TN919.81文献标识码：A文章编号：（2017）03FPGAImplementationOfJPEG-LSRemoteSensingImageCodingAlgorithmWANGHai-rong(NetworkCollege,HaikouUniversityofEconomics,Haikou,Hainan,571127)Abstract:Inthispaper
3、,throughtheresearchofJPEG-LSencodingalgorithm,thealgorithmisimplementedwithFPGAchipXC4VSX55-12ff1148,whichisimplementedontheise14.7developmentplatformofXilinxcompany.Thealgorithmadoptsmodulardesignidea，fromtheimagedatacollectionandstorage,variableupdate,Golombencoding,regularm
4、odeencoding,runlengthmodeencoding,encodingoutputandstoragetoachievemodular,eachmoduleisdescribedinVHDLlanguage.Finally,thecodingrate,synthesisrateandchiputilizationofsingleimagecodingareobtained.Keywords:FPGA；JPEG-LS；VHDL前言JPEG-LS是ISO/ITU标准中用于静态连续色调图像无损/近无损压缩的一种图像编码算法[1]，是HP实验
5、室提出的低复杂度的图像压缩算法[2]。目前广泛使用的无损图像压缩算法有JBIG、JPEG2000、DPCM等，其中JBIG压缩算法主要针对二值图像，应用于打印系统内部；JPEG2000图像压缩算法采用小波技术，利用其局部的分辨特性获得感兴趣区域的压缩码流，小波运算硬件实现复杂度高，需存储数据量大，不便于FPGA实现；DPCM是比较早的无损压缩算法，主要是通过预测和差分编码方式来减少冗余，从而实现压缩的目的[3];而JPEG-LS采用的核心算法为LOCO-I算法[4]，该算法是一种基于上下文的预测差分编码方法，对于图像中的平坦区域采用游长模式编码，否
6、则采用常规模式编码，与以上压缩算法相比较，JPEG-LS在无损压缩领域具有高保真度、低复杂度，便于硬件实现。国内外对于JPEG-LS算法的改进和优化在理论研究和程序实现上已经比较成熟。而对于硬件的实现上，目前也取得了很大的进步，比喻对于该算法的VLSL实现[5],对于图像无损压缩IP核的FPGA设计[6],以及JPEG-LS算法内某一编码方法改进后的硬件实现等。本设计采用模块化的设计思想，从图像数据的采集和存储、变量更新、Golomb编码、常规模式编码、游程模式编码、编码的输出和存储上来实现模块化，各模块采用VHDL语言来描述，并将该算法在FPGA
7、芯片XC4VSX55-12ff1148上加以实现。一、JPEG-LS遥感图像编码算法的实现原理JPEG-LS遥感图像编码算法是一种非常有效的图像压缩编码算法，该算法最大的优点就是计算简单、复杂度低，无需DCT变换和算术编码，只需进行差分预测和熵编码，能够高质量地恢复原图像，便于硬件实现。（一）图像样本输入和编码模式选择在编码过程中，通过对图像数据的一些样本进行扫描，并建立“上下文”模型，利用当前样本值与其邻居之间的相关性来进行建模，将图像样本值输入差分预测器，编码模式选择结构如图1。在预测器中通过图像样本值来计算局部梯度，计算得到的梯度值如果都为0
8、或者全小于等于NEAR（近无损压缩的压缩比控制因子）时，选择游程长度编码模式，否则选择常规模式编码。梯度计算常规模式编码游
