低功耗VLSI实现的快速无损图像压缩系统优化

本文主要探讨了快速高效无损图像压缩系统(Fast and Efficient Lossless Image Compression System, FELICS)在实际应用中遇到的一个挑战：Golomb-Rice编码中的k参数选择对系统复杂度和吞吐量产生的影响。Golomb-Rice编码是一种用于数据压缩的技术，其k值的选择直接影响到编码效率和系统性能。传统上，k值的选择可能会导致系统设计变得复杂，并且可能降低整体的处理速度。 为了克服这一问题，作者们参考了基于上下文的图像压缩理论，并借鉴了JPEG-LS（Joint Photographic Experts Group - Lossless Still Picture Coding）中的序列参数估计方法，对限长Golomb-Rice编码进行了深入研究。限长Golomb-Rice编码通过限定码字长度，旨在简化参数选择过程，从而提高系统的实时性和功耗效率。 论文提出了VLSI-oriented FELICS，这是一种面向超大规模集成电路（Very Large Scale Integrated Circuit, VLSI）的低功耗优化版本。VLSI-oriented FELICS的主要创新在于它简化了k参数的选择，降低了硬件实现的复杂性，从而显著提升了系统的吞吐率。这对于图像压缩系统来说是非常重要的，因为它意味着能够在保持高质量压缩的同时，以更快的速度处理大量图像数据。 针对贝尔图像格式，作者们还进行了算法扩展，这使得FELICS在处理 Bayer 图像时（一种常见的用于数字相机传感器的图像格式）的压缩效果得到了提升。这种改进对于需要实时处理高分辨率图像的应用，如胃窥镜等医疗设备，具有重要意义。 在实验部分，作者们使用SMIC 0.13μm工艺条件进行了VLSI设计，结果显示，在系统工作频率为25MHz，图像数据时钟为24MHz的情况下，编码每帧图像的功耗极低，仅为11.15μW。这意味着该系统在低功耗环境下仍能提供高效的图像压缩，VGA图像的吞吐率可以达到惊人的60帧每秒（frames per second, f/s），显示出其在实际应用中的优越性能。 这篇文章提供了关于如何通过优化Golomb-Rice编码和利用VLSI技术来实现低功耗、高速无损图像压缩系统的实用策略，为图像压缩技术在高要求的嵌入式系统中的应用提供了有价值的参考。