Сжатие черно-белых пикселей на 8-битном микропроцессоре

Question

Мне нужно сжать данные черно-белого ЖК-экрана размером 102x64 пикселей с помощью 8-битного микропроцессора.Данные поступают в виде потока , как показано ниже:

unsigned char data[8][102] = 
        {
            {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x38, 0x28, 0xfe, 0x82, 0xba, 0xba, 0x82, 0xba, 0xba, 0x82, 0xba, 0xba, 0x82, 0xfe, 0x00, 
            0x00, 0x38, 0x44, 0x44, 0x38, 0x00, 0x40, 0x4c, 0x50, 0x60, 0x00, 0x28, 0x00, 0x40, 0x7c, 0x00, 
            0x4c, 0x54, 0x54, 0x24, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0x20, 0x20, 0x20, 0x3f, 0x3f, 0x20, 0x20, 0x20, 0x00, 0x6f, 0x6f, 0x00, 0x0f, 0x0f, 0x08, 
            0x08, 0x0f, 0x0f, 0x08, 0x08, 0x0f, 0x07, 0x00, 0x07, 0x0f, 0x0a, 0x0a, 0x0e, 0x06, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xc0, 0xcf, 0x0e, 0x0d, 0x0d, 0x0d, 0xce, 0xcf, 0x0d, 0xcd, 0xcd, 0x0d, 
            0x0c, 0xcf, 0xc0, 0x00, 0x00, 0xc0, 0xc2, 0x02, 0x83, 0xc0, 0x40, 0x40, 0x41, 0x42, 0x02, 0x02, 
            0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x01, 0x02, 0x02, 
            0x02, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0x07, 0xfb, 0xfb, 0xfb, 0x07, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xc7, 0x3f, 
            0xff, 0xff, 0x00, 0x84, 0x00, 0x00, 0x04, 0x04, 0xfc, 0x04, 0x04, 0x00, 0x04, 0x0c, 0x14, 0x24, 
            0xc4, 0x00, 0x00, 0x84, 0x00, 0x00, 0x30, 0x50, 0x90, 0x10, 0xfc, 0x10, 0x00, 0xf8, 0x04, 0x04, 
            0x04, 0xf8, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0x3f, 0x3f, 0x20, 0x20, 0x30, 0x1f, 0x0f, 0x00, 0x01, 0x0b, 0x0a, 0x0a, 0x0f, 0x07, 0x00, 
            0x08, 0x3f, 0x3f, 0x08, 0x08, 0x00, 0x07, 0x0f, 0x0a, 0x0a, 0x0e, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0xc0, 0xc0, 0x40, 0x40, 0xc0, 0x81, 0x02, 0x02, 0x82, 0xc1, 0x40, 0x42, 0xc2, 0xc3, 0x00, 
            0x00, 0xc0, 0xc0, 0x40, 0x40, 0x00, 0x81, 0xc2, 0x42, 0x42, 0x41, 0x40, 0x02, 0x02, 0x03, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x02, 0x02, 0x02, 0x01, 0x00, 0x01, 0x02, 0x02, 0x02, 
            0x01, 0x00, 0x01, 0x02, 0x02, 0x02, 0x01, 0x00, 0x01, 0x02, 0x02, 0x02, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x04, 0x04, 0x04, 0xf8, 0x00, 0x04, 0x04, 0xfc, 0x04, 
            0x04, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x04, 0x04, 0x04, 0xf8, 0x00, 0x04, 0x04, 0xfc, 0x04, 
            0x04, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x00, 0x04, 0x0c, 0x14, 0x24, 0xc4, 0x00, 0xf8, 0x04, 0x04, 0x04, 
            0xf8, 0x00, 0xf8, 0x04, 0x04, 0x04, 0xf8, 0x00, 0xf8, 0x04, 0x04, 0x04, 0xf8, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
            {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 }
        };

Однако я не могу полностью вписать его в оперативную память микропроцессора.Я могу получить к нему доступ только в 51 или менее байтовых кусках.

Для любопытных - данные приведут к следующему изображению:

Мне нравитсяпередавать данные, используя медленный последовательный интерфейс.Отправка данных как есть занимает слишком много времени.Моя цель - удвоить скорость, сократив данные в 2 раза. Обычное сжатие zip достигнет коэффициента 2,46, сжимая 816 байт до 332 байт.

Моей первой идеей было сжатие данных путем группировкибайт, которые имеют одинаковое значение в последовательности.Например, данные {0x20, 0x20, 0x20, 0x3f, 0x3f, 0x20, 0x20, 0x20} будут сжаты с 8 байтов до 6 байтов в этот {{0x20, 0x03}, {0x3f, 0x02}, {0x20, 0x03}}.

. Есть ли способ, который лучше работает для черно-белых пиксельных данных и ограниченных ресурсов, что 8-битныймикропроцессор обеспечивает?

Answer 1

Факсимильные аппараты используют комбинацию сжатия Хаффмана для строк, а затем следующие несколько строк кодируют только отличия от последней полной строки.

Это тот же принцип, что и при сжатии видео: вы сжимаете один полный кадр, а затем сжимаете различия для следующих нескольких кадров (конечно, это не на 100% точно).

Это должно помочь сжатию, но код становится немного сложнее.

Я бы начал со сжатия Хаффмана, так как изображение определенно не случайное и должно хорошо сжиматься. Я не думаю, что факсимильные аппараты имеют большой объем памяти, так что, возможно, удастся сжать ее.

Answer 2

Я создал тест с использованием метода RLE (который был действительно прост в реализации) и сжал похожее изображение с 816 до 446 байт (коэффициент 1,82) - что больше, чем я ожидал от такого простогоспособ.

Answer 3

Я не знаю много о сжатии, но для чего-то, что даже более эффективно, чем RLE, специально разработанного для ЖК-дисплея, я бы, возможно, рассмотрел что-то вроде этого (изобретая этот алгоритм, когда я пишу):

{тег, координата x, координата y, данные, данные, данные, ..., тег, координата x, ... и т. Д.

Это основано на идее, что все на ЖК-дисплее по умолчанию пустое, и вы просто заполняете данные. Таким образом, это избавляет от необходимости хранить много 0x00. Вместо этого значение 0x00 можно использовать в качестве тега для описания того, где начинается и заканчивается новый сегмент данных.

Это будет выглядеть так:

данные uint8_t [N] = {0x00, 0x05, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x01, 0x02, 0xAA, 0xBB, 0xCC};

При этом данные FFFF будут напечатаны в месте (5,1) - (6,1) на ЖК-дисплее, а затем данные AABBCC в месте (1,2) - (3,2). Обертка в конце строки может быть легко реализована. 0x00 может отображаться как одна из координат, но не как данные.

Answer 4

Если вы рассматриваете сжатие Хаффмана, вы можете попробовать предварительную обработку, такую ​​как дельта-код или перемещение данных вперед. Дельта-код записывает разницу со следующим байтом, а mtf меняет данные, используя словарь. Это может улучшить степень сжатия статистического компрессора. Если хаффман слишком дорог, вы можете посмотреть код голомба. Mtf используется в bzip2 перед преобразованием BWT.