bayer图像无损压缩算法及其fpga实现

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第6卷第9期2006年5月科学技术与工程Vo1．6No．9May20061671·1815(2006)09—1208—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2006Sci．Tech．Engng．计算机技术Bayer图像无损压缩算法及其FPGA实现崔巍汶德胜马涛’(中国科学院西安光学精密机械研究所。，西安710068；中国科学院研究生院，北京100039)摘要结合BayerCFA格式图像的特点，提出了一种基于Bayer图像的无损压缩算法，该算法简单高效，可以在无损压缩下取得较高的图像恢复质量，非常适用于遥感图像

2、、医学影像等对图像质量要求很高的场合。在对各种算法进行仿真评估的基础上提出了基于COMS图像传感器IBIS5一A．1300的无损压缩FPGA实现方案，整个结构采用流水线设计，同时用少量行缓存代替传统的大容量存储，节省了存储资源，加快了运算速率，减小了电路规模。经验证明完全满足对Bayer图像实时处理的要求，为后续实时压缩编码和传输提供了有利条件。关键词CMOS图像传感器Bayer格式无损压缩IBIS5一A一1300FPGA中图法分类号TP391．41；文献标识码B随着CMOS集成电路工艺的不断发展和完善，缩后插值恢复全彩色图像，这样就避免了数据冗CMOS图像传感器发展非常迅速。与CCD

3、相比，它余，减轻了信道传输的压力。具有低成本、低功耗、数字接口简单、高速率以及可GBGB实现SOC等优点，而工艺技术不断发展和器件结构RGRG的不断改进，亦使其图像质量有了很大的改善。在GBGB空间观测、微小载荷等领域，CMOS图像传感器已经RGRG对CCD发出了强有力的挑战。图1Bayer色彩滤波阵列绝大部分彩色CMOS图像传感器是在黑白图像传感器的基础上增加色彩滤波阵列(CFA)，从而实现彩色成像。其中应用最为广泛的是BayerCFA¨，如图1所示。由于人的视觉对绿色信息最为敏感，所以在BayerCFA中G分量是R和B分量的二倍，每个象素点上只能获取一种色彩分量的信息，然后通过内插

4、算法得到全彩色图像。在大部分应用中通常将经过插值恢复后的RGB图像进行压图2图像压缩与传输缩或传输，其流程如图2(a)所示，这样做的后果是针对要求图像质量非常高的应用场合下，本文需要处理或传输的数据量很大，造成大量的数据冗提出一种无损压缩算法，并对它进行了性能分析。余。另一种方法如图2(b)所示，对Bayer图像先压结合FillFactory公司的IBIS5．A．1300给出了其硬件实现方法，经验证明系统实时性好，为后面的实2006年1月4日收到第一作者简介：崔巍：男，(198l一)，中国科学院西安光学精密时压缩编码提供了有力的保证。机械研究所硕士研究生，研究方向：图像压缩和信号处理。

5、E—mail：gavln735@sohu．eom。维普资讯http://www.cqvip.com9期崔巍，等：Bayer图像无损压缩算法及其FPGA实现12091Bayer图像压缩算法由于在Bayer图像中，色彩平面上每个象素和L。=÷[三三]，L：}[三三]相邻象素的空间不连续性，使得邻近象素之间高频分量很大，若直接进行压缩则效果很差，压缩比不高。很多针对Bayer图像这种特点的无损或有损压缩算法相继出现I5j，虽然方法各不相同但基本上都是把RGB三个分量分开进行预处理和压缩，获得较好的图像效果，但同时也增大了计算的复杂度和硬件实现难度。我们提出的方法是对Bayer图像直接进行预处

6、=[三一三]，=[三：三]理，而不将RGB分为两幅或三幅子图，这样做可以减小运算复杂度，容易实现连续图像的实时处理，同时在无损压缩的条件下，其性能与其他算法相比没有任何下降。1．1算法描述传统算法先用4：2降采样提取G分量，将G和RB分离然后分别进行滤波和压缩。在考虑无损压缩的前提下提出将RGB分量一起处理，以达到减小运算复杂度的目的，算法实现流程如图3所示。eaeraatac：：：4：碍c。mresseaaata垂蹙。mprcsSc图3算法总体框图由于Bayer图像中水平方向和垂直方向上的高f，：、频分量比全彩色图像大许多，所以在压缩前必须进kglj(1)行滤波平滑处理。首先将G和R

7、B分为两组，如图4所示，其中△代表G分量，o代表R／B分量，●代表1各算法压缩率和CPSNR的比较表处理后的R／B分量。△0△0△0△‘●△●△●△●00△0△△●△●△●●△△0△00△●△●△●△●0△0△0△0△●△●△●△●△△△0△0△0△●△●△●△●0△01△0△△●△●△●△●△0△0△0△0△●△●△●△●．，0△0△△●△●△●△●△图4滤波流程维普资讯http://www.cqvip.com科学技术与工程一～6卷一～不同图