基于TMS320DM642和小波分析的红外图像压缩系统研究

摘要

本文针对大量图像的传输和记录问题,设计了一种基于DSP的红外视频图像压缩系统,最终在汽车交通事故记录中得到应用。该系统的研究在硬件上主要基于DSP芯片体积小、处理速度快、实时性高、价格低廉等特点以及在软件上采用改进的EZW算法对硬件有很好的适用性等特点。本文在深入研究DSP的技术和理论后,确定了DSP的选型原则,经过分析和比较,选定了DSP的型号,并对系统各组成部分的设计方案进行了选择,对系统各组成模块的功能和特点作了详细的介绍。从硬件结构的角度阐述了DSP芯片的主要特点,并对整体开发框架及流程做了说明。首先,在硬件上本文提出了以TI公司TMS320DM642为中央处理器负责图像编码,视频转换芯片进行图像采集与转换,CPLD协助DSP完成各种接口逻辑时序匹配以及FLASH的读写操作,SDRAM负责图像数据的储器,USB接口完成数据传输的视频图像压缩系统。在构造了系统各部分的电路原理图和PCB图后,对硬件电路板进行了全面调试,确保了硬件电路的合理可行。该系统具有体积小、成本低、工作可靠等优点。其次,在介绍了小波分析在图像压缩应用中的理论基础和经典的EZW算法后,提出了改进的EZW算法,这种改进主要体现在对DSP硬件的适用性和实时性方面,使得改进后的算法充分利用TMS320DM642的硬件资源,使得系统具有良好的实时性。同时,本文对DSP的开发环境、调试工具和软件开发流程、以及DM642压缩系统的优化策略作了比较详尽的介绍,提高了系统的运行效率。最后,作为系统的实际应用,介绍了该系统在汽车交通事故记录中的应用,并给出图像小波分解和解码的结果,实验证明,该图像压缩系统具有很好的实时性,对图像的编解码结果也是令人满意的。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 小波图像压缩技术研究现状

1.3 DSP 技术研究现状

1.4 研究的内容与目的

1.5 研究的技术路线

1.6 小结

2 DSP 技术及系统方案选择

2.1 DSP 技术概述

2.1.1 DSP 处理器的结构及特点

2.1.2 TMS320C6000 系列 DSP

2.1.3 TMS320C62X、C67X 的主要功能

2.1.4 C64xx 与C62xx、C67xx 的比较

2.2 TMS320DM642 多媒体处理器

2.2.1 DM642 的CPU 结构

2.2.2 DM642 的cache 结构

2.2.3 DM642 的硬件外设

2.3 系统方案选择

2.3.1 DSP 芯片选型

2.3.2 视频A/D、D/A 方案选择

2.4 小结

3 小波分析在图像压缩中的应用

3.1 引言

3.2 小波分析基础

3.2.1 小波变换

3.2.2 多分辨率分析

3.2.3 多分辨率滤波器组

3.2.4 Mallat 算法

3.2.5 二维小波变换

3.2.6 图像的多分辨率分解与合成

3.3 EZW 算法

3.3.1 零树的基本概念

3.3.2 如何判断一棵零树

3.3.3 EZW 编码算法

3.3.4 EZW 解码算法

3.4 EZW 算法的改进

3.5 小波分析在红外图像压缩中的应用

3.6 小结

4 DM642 红外图像压缩系统设计

4.1 DM642 红外图像压缩系统的总体设计方案

4.2 DM642 功能模块设计

4.2.1 电源模块

4.2.2 时钟模块

4.2.3 存储器模块

4.2.4 USB 总线与其接口芯片

4.3 视频编/解码电路设计

4.3.1 ITU-R BT.601 和ITU-R BT.656

4.3.2 TMS320DM642 的 video port

4.3.3 视频解码电路(A/D)

4.3.4 视频编码电路(D/A)

4.4 系统工作流程

4.5 小结

5 图像压缩系统的软件实现

5.1 DSP 软件开发工具

5.1.1 集成开发环境

5.1.2 系统调试工具

5.2 DSP 软件编程步骤

5.3 系统各模块程序设计

5.3.1 系统初始化模块

5.3.2 视频采集与转换模块

5.3.3 系统引导程序设计

5.3.4 Flash 编程

5.3.5 USB 固件程序设计

5.4 DM642 压缩系统的优化策略

5.4.1 编程代码优化

5.4.2 Cashe 优化

5.4.3 使用EDMA

5.5 本系统在汽车交通事故记录中的应用

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 系统硬件实物图和PCB图

B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录