PDVQ彩色图像压缩编解码系统的研究

论文摘要

为了实现图像的实时压缩传输,本课题组研制了基于图像块动态划分矢量量化算法的图像压缩芯片,该芯片可以实时完成对灰度图像的压缩。但是,现实世界呈现给人们的是丰富多彩的景象,只有彩色图像才能真实地反映客观世界,颜色信息是彩色图像非常重要的视觉特征,因此,单纯灰度图的压缩在实际应用中受到较大限制,研究开发彩色图像压缩系统刻不容缓。本文在现有研究基础上,提出了一种基于PDVQ算法的彩色图像压缩方案。基于已有的灰度图像PDVQ芯片,在FPGA上创建外围电路,连接外部摄像头和PDVQ图像压缩芯片,并把压缩数据传送给PC机;用VC6.0实现接收数据和解码图像的功能,实时地解码和显示图像,最终设计完成了基于PDVQ的彩色图像压缩编解码系统。同时,针对灰度图像压缩码书不能很好的完成彩色图像压缩还原的问题,本文提出了彩色图像矢量量化码书的设计方案,采用经典的LBG码书训练生成方法,设计出适合彩色图像编码的码书。并用设计的彩色图像码书,对常见的几幅彩色标准测试图做了编码实验,进行了性能比较,最终确定出了性能优良、尺寸合适的彩色图像压缩码书。与PDVQ芯片中的灰度图像码书相比,此彩色图像码书的尺寸只是其1/16,还原图像的峰值信噪比(PSNR)平均提高了73.51%,匹配速度也有16倍的提升。此外,本文还讨论了一种基于积分投影的矢量量化算法,并对此算法的性能进行了研究讨论。实验结果证明,与普通VQ相比,此算法的码书存储面积减小了一半,编码速度也有近一倍的提升,而解码图像的峰值信噪比(PSNR)平均仅降低了0.25dB。完成了该算法的电路设计及RTL级代码编写,通过RTL级仿真验证了代码的正确性,最终完成FPGA的实现。同时,通过实验证明基于此算法的彩色图像压缩效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 论文的组织结构
• 2 颜色与颜色空间
• 2.1 颜色的基本概念
• 2.2 常见颜色空间介绍
• 2.2.1 RGB颜色空间
• 2.2.2 CMY颜色空间
• 2.2.3 YUV颜色空间
• 2.2.4 YCbCr颜色空间
• 2.2.5 YUV与YCbCr的区别
• 2.3 YCbCr空间的采样格式
• 3 基于PDVQ的彩色图像压缩算法及系统电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 基于PDVQ的彩色图像压缩算法介绍
• 3.2.1 矢量量化
• 3.2.2 PDVQ算法
• 3.2.3 PDVQ彩色图像压缩算法流程
• 3.2.4 实验结果分析
• 3.3 系统电路的设计
• 3.3.1 系统平台介绍
• 3.3.2 硬件电路结构介绍
• a 数据分开电路
• b 读像素控制电路
• c 输送数据控制电路
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 4 彩色图像矢量量化压缩的码书设计
• 4.1 彩色图像质量评价方案
• 4.2 彩色图像压缩的码书设计方案
• 4.2.1 码书设计流程
• 4.2.3 码书设计的仿真结果
• 4.3 不同码书的仿真结果比较
• 4.4 本章小结
• 5 基于积分投影的矢量量化器的设计
• 5.1 引言
• 5.2 算法介绍
• 5.2.1 算法的提出
• 5.2.2 算法流程
• 5.2.3 相关参数选定
• 5.3 基于积分投影的矢量量化的电路研究
• 5.3.1 电路结构
• a 积分投影电路
• b 移位寄存器
• c 和值码书匹配电路
• d 失真测度计算电路
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 基于积分投影的彩色图像矢量量化压缩
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文