FPGA壓縮算法有哪些

壓縮算法

簡(jiǎn)介

壓縮算法是通過去除冗余信息來達(dá)到的，在圖像壓縮算法中一般是通過去除編碼冗余、像素間冗余、心理視覺冗余這三者之間的一個(gè)或多個(gè)來完成的。

編碼冗余：當(dāng)所用碼字大于最佳編碼長(zhǎng)度的時(shí)候出現(xiàn)的冗余

像素間冗余：因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)間是存在相關(guān)性的，所以像素間的數(shù)據(jù)可以通過一定的表達(dá)式來進(jìn)行轉(zhuǎn)換從而達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的

心理視覺冗余：也就是視覺上不重要的信息，因?yàn)槿搜蹖?duì)色彩信息的敏感度是有限的

在圖像壓縮算法中可以采用哈夫曼編碼的方式對(duì)編碼冗余的信息進(jìn)行壓縮，可以采用預(yù)測(cè)的方式來減少像素間冗余，可以采用量化的方式完成心理視覺冗余信息的去除

圖像壓縮方法按照壓縮后的圖像數(shù)據(jù)能否恢復(fù)為原圖像可以分為兩種壓縮算法

有損壓縮

無損壓縮

有損壓縮技術(shù)在圖像壓縮之后會(huì)有信息的損失，也就是信息熵的減少，從而導(dǎo)致壓縮后的圖像不能完整的恢復(fù)為原始圖像，比如采用DCT、FFT的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。無損壓縮技術(shù)在圖像壓縮的過程中不會(huì)有信息的丟失，所以壓縮后的圖像可以完整的被恢復(fù)為原始數(shù)據(jù)。

圖像壓縮的過程如下圖所示

其中映射變換器是將原始輸入圖像進(jìn)行變換從而降低像素間的冗余，通常進(jìn)行變換后的數(shù)據(jù)是不可以直接進(jìn)行顯示的。量化器根據(jù)預(yù)定義的逼真度標(biāo)準(zhǔn)來減少映射變換器輸出的精確性，以便試圖去除心理視覺的冗余信息，這個(gè)過程是不可逆的，也是區(qū)分無損壓縮和有損壓縮的關(guān)鍵步驟，如果在量化的過程中有信息的丟失，那么就是有損壓縮，若量化過程中沒有信息的丟失那么就是無損壓縮，最后的編碼器用于減少編碼冗余。

常見的壓縮算法有：DEFLATE、LZW、JPEG、JPEG 2000、JPEG LS等。

圖像編碼方法

常見的圖像編碼方法有三種

預(yù)測(cè)編碼

統(tǒng)計(jì)編碼

變換編碼

預(yù)測(cè)編碼

圖像相鄰的元素之間有很高的相關(guān)性，預(yù)測(cè)編碼就是利用圖像相鄰元素之間時(shí)間和空間上的相關(guān)性進(jìn)行編碼。通過待編碼數(shù)據(jù)的相鄰數(shù)據(jù)來推斷當(dāng)前待編碼數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，然后計(jì)算預(yù)測(cè)值和實(shí)際值之間的差值，最后對(duì)差值進(jìn)行編碼。JPEG LS就使用了這種方式來提高編碼效率。

統(tǒng)計(jì)編碼

統(tǒng)計(jì)編碼是通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)之后，將出現(xiàn)概率大的數(shù)據(jù)用較少的位寬來表示，出現(xiàn)概率小的數(shù)據(jù)用較大的位寬來表示，從而使得平均碼字長(zhǎng)度盡可能的短來達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。在不同的壓縮算法中使用的統(tǒng)計(jì)編碼方式不太相同，比如在JPEG算法中在哈夫曼編碼的方式降低平均碼字長(zhǎng)度，在JPEG LS算法中則采用的是Golomb-Rice編碼和游程編碼的方式。

變換編碼

變換編碼是指將空間域描述的數(shù)據(jù)變換到頻域從而減少圖像像素間的相關(guān)性，常用的方法有離散余弦變換（Discrete Cosine Transform, DCT），離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT），小波變換（Wavelet Transform）等。在JPEG 2000中采用了DWT的方式來進(jìn)行變換編碼。

審核編輯：黃飛