FPGA实现JPEG-LS图像压缩,有损无损可配置,提供工程源码和技术支持
目录
- 1、前言
- 2、JPEG-LS图像压缩理论
- 3、JPEG-LS图像压缩性能介绍
- 4、JPEG-LS图像压缩时序介绍
- 5、JPEG-LS图像压缩输出压缩流
- 6、工程源码和仿真
- 7、福利:工程代码的获取
1、前言
JPEG-LS(简称JLS)是一种无损/有损的图像压缩算法,其无损模式的压缩率相当优异,优于 Lossless-JPEG、Lossless-JPEG2000、Lossless-JPEG-XR、FELICES 等。
本设计使用system verilog语言设计了一个JPEG-LS图像压缩加速器,输入数据为8位的灰度图,输出数据为JPEG-LS图像压缩后的16位数据,集成了有损和无损两种压缩方案,可通过顶层参数配置,选择有损压缩时还有1~7的7个有损压缩等级可配置,实用性和灵活性很高;一并提供了加速器的仿真源文件,可通过vivado或其他软件进行仿真,文章后面有详细的仿真教程;
本文详细描述了JPEG-LS图像压缩加速器及其仿真的设计方案,工程代码可综合编译上板调试,但目前只做到了仿真层面,可直接项目移植,适用于在校学生、研究生项目开发,也适用于在职工程师做项目开发,可应用于医疗、军工等行业的数字成像和图像压缩领域;
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持;
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾,请耐心看到最后;
2、JPEG-LS图像压缩理论
JPEG-LS图像压缩算法介绍可以百度一下或者csdn或者知乎搜一下看看,专业的讲解我不擅长,我只擅长用fpga实现算法,专业讲原理的大佬比我讲得好,这里可以推荐一篇阅读量很大的文章:直接点击前往
3、JPEG-LS图像压缩性能介绍
首先看看在Xilinx Artix-7 xc7a35tcsg324-2 上综合和实现的资源消耗:
35MHz 下,图像压缩的性能为 35 Mpixel/s ,对 1920x1080 图像的压缩帧率是 16.8fps;
理论上支持任意分辨率图片的压缩;
4、JPEG-LS图像压缩时序介绍
首先看看PEG-LS图像压缩加速器顶层接口:
注意仔细看每个接口对应的注释,看懂了接口才能理解时序;
下图展示了压缩 2 张图像的输入时序图(//代表省略若干周期,X代表don’t care)。其中图像 1 在输入第一个像素后插入了 1 个气泡;而图像 2 在 i_vs=1 后插入了 1 个气泡。注意图像间空闲必须至少 16 个周期。
代码量不大,加上注释和隔行一共才856行,如下:
5、JPEG-LS图像压缩输出压缩流
在输入过程中,JPEG-LS图像压缩同时会输出压缩好的 JPEG-LS流,该流构成了完整的 .jls 文件的内容(包括文件头部和尾部)。o_de=1 时,o_data 是一个有效输出数据。其中,o_data 遵循大端序,即 o_data[15:8] 在流中的位置靠前,o_data[7:0] 在流中的位置靠后。在每个图像的输出流遇到最后一个数据时,o_last=1 指示一张图像的压缩流结束。
6、工程源码和仿真
开发板FPGA型号:Xilinx xc7k325tffg676-2;
开发环境:Vivado2019.1;
运行:Vivado在线仿真;
仿真是将指定文件夹里的 .pgm 格式的未压缩图像批量送入 JPEG-LS图像压缩加速器 进行压缩,然后将 JPEG-LS图像压缩加速器 的输出结果保存到 .jls 文件里,最后通过工具查看.jls图片;
工程代码架构如下:
仿真流程为:
第一步:
添加源码并开启行为仿真:
运行中可能会出现如下信息导致仿真失败:
解决办法:在Tcl中输入以下指令并回车:
set_property display_limit 134217728 [current_wave_config]
第二步:
点击开始仿真:
该仿真需要运行十几分钟;
仿真完后可以看到仿真了8张图片,产生了8个sof;
仿真的输入和输出:
共准备了9张.pgm 格式的未压缩图像作为输入源,路径如下:
经过十几分钟的漫长仿真后,输出8张压缩后的.jls图片,路径如下:
输入输出的对比:
输入的.pgm 格式的未压缩图像我在Win10系统中可以直接打开;
输出的压缩后的.jls图片我在Win10系统中不能打开,可以使用下面某网站打开:
某网站:点击前往
最后查看原图和压缩后的图比较:
另外,你还可以修改一些仿真参数来进行别的玩儿法:
修改 tb_helai_jpeg_jls_EC.sv 里的宏名 NEAR 来改变压缩率。
修改 tb_helai_jpeg_jls_EC.sv 里的宏名 BUBBLE_CONTROL 来决定输入相邻的像素间插入多少个气泡:
BUBBLE_CONTROL=0 时,不插入任何气泡;
BUBBLE_CONTROL>0 时,插入 **BUBBLE_CONTROL **个气泡;
BUBBLE_CONTROL<0 时,每次插入随机的 0~(-BUBBLE_CONTROL) 个气泡;
在不同 NEAR 值和 BUBBLE_CONTROL 值下,本库已经经过了几百张照片的结果对比验证,充分保证无bug;
7、福利:工程代码的获取
福利:工程代码的获取
代码太大,无法邮箱发送,以某度网盘链接方式发送,
资料获取方式:私,或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下:
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