Lossless CFA image compression algorithm for wireless capsule endoscopy

• Autorzy: Wieczorek Błażej , Turcza Paweł

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.06.44

Warianty tytułu

PL

Algorytm bezstratnej kompresji obrazów CFA dla bezprzewodowej kapsułki endoskopowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents hardware-oriented lossless color filter array (CFA) image compression algorithm. Presented algorithm and hardware implementation in Verilog Hardware Description Language are based on existing solutions with additional elements increasing the efficiency of the algorithms. In particular, the new method of parameter values calculation for the Golomb-Rice encoding and the zero run-length encoding has been added. HDL code was written without any primitives, so it can be synthesized independently for each platform. In exchange for a slight increase in computational complexity, it was possible to reduce required bit rate by an average of 7.2% when testing on a set containing endoscopy images. This paper presents elements of other work on which the algorithm is based and characterizes specific optimizations and their impact on the final algorithm result. Finally, these results will be compared with other available solutions.

PL

W artykule przedstawiono sprzętowo zorientowany algorytm bezstratnej kompresji obrazów w formacie color filter array (CFA). Przedstawiony algorytm oraz implementacja sprzętowa w języku opisu sprzętu Verilog bazują na istniejących rozwiązaniach dodając do nich dodatkowe elementy zwiększające efektywność algorytmów. W szczególności zastosowano nową metodę obliczania wartości parametrów dla kodowania Golomba-Rice’a oraz dodano kodowania długości ciągu zer. Kod HDL został napisany bez żadnych predefiniowanych bloków, dzięki temu może być syntezowany niezależnie dla każdej platformy. W zamian za niewielki wzrost złożoności obliczeniowej udało się zwiększyć zredukować wymaganą przepływność łącza średnio o 7.2% na zbiorze testowym zawierającym obrazy z endoskopii. W artykule przedstawiono elementy innych prac, na których opiera się algorytm, oraz scharakteryzowano poszczególne optymalizacje i ich wpływ na ostateczny wynik algorytmu. Na koniec wyniki te zostaną porównane z innymi dostępnymi rozwiązaniami.

Słowa kluczowe

EN

image compression; CFA; lossless; Golomb-Rice; wireless capsule endoscopy

PL

kompresja obrazu; CFA; bezstratna kompresja; Golomb-Rice; bezprzewodowa endoskopia kapsułkowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 6
• Strony: 220--224
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wieczorek Błażej

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30- 059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5275-1936

autor

Turcza Paweł

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30- 059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9375-4826

Bibliografia

• [1] Angermann, Quentin, et al. Smart videocapsule for early diagnosis of colorectal cancer: toward embedded image analysis. Computational Intelligence in Digital and Network Designs and Applications. Springer, Cham, 2015. 325-350.
• [2] C. -A. Chen, S. -L. Chen, C. -H. Lioa and P. A. R. Abu, Lossless CFA Image Compression Chip Design for Wireless Capsule Endoscopy, IEEE Access, vol. 7, pp. 107047-107057, 2019.
• [3] S. Chen, T. Liu, C. Shen and M. Tuan, VLSI Implementation of a Cost-Efficient Near-Lossless CFA Image Compressor for Wireless Capsule Endoscopy, IEEE Access, vol. 4, pp. 10235-10245, 2016.
• [4] Turcza, P., Duplaga, M., Energy-efficient image compressionalgorithm for high-frame rate multi-view wireless capsule endoscopy, Journal of Real-Time Image Processing 16.5: 1425-1437, 2019.
• [5] Xue, J., Yin, L., Lan, Z., Long, M., Li, G., Wang, Z., & Xie, X. 3D DCT based image compression method for the medical endoscopic application. Sensors, 21(5), 1817, 2021.
• [6] K. Chung and Y. Chan, A Lossless Compression Scheme for Bayer Color Filter Array Images, IEEE Transactions on Image Processing, vol. 17, no. 2, pp. 134-144, Feb. 2008.
• [7] Rice, R. F., Some practical universal noiseless coding techniques, Tech. Rep. JPL-79-22, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA, Mar. 1979.
• [8] Smedsrud, P. H., Gjestang, H., Nedrejord, O. O., Næss, E., Thambawita, V., Hicks, S., . . . Halvorsen, P. Kvasir-Capsule, a video capsule endoscopy dataset. (2020, August 2). https://doi.org/10.31219/osf.io/gr7bn
• [9] Kodak Lossless True Color Image Suite, Kodak [Online], Available: http://r0k.us/graphics/kodak/