基于FPGA的图像采集与JPEG压缩编码的研究

摘要

随着Internet以及数字多媒体技术的迅猛发展，人们对数据传输的速度提出了新的要求。图像数据在存储及传输过程中占用了大量带宽资源，因此图像压缩技术就显得尤为重要了。FPGA是实现图像压缩处理技术的理想平台，本文就是以此为切入点，研究了在FPGA平台上实现数字图像JPEG压缩编码的方法。
　　 本文详细介绍了基于FPGA技术实现视频图像采集及JPEG压缩编码的设计方案。该方案采用Altera公司的FPGA芯片EP1C6Q240C6作为中央处理器，在QuartusⅡ5.0环境下应用VerilogHDL语言编写程序完成视频图像采集及JPEG编码压缩软硬件设计，实现了对数字图像的采集、存储、DCT变换、量化、熵编码等功能。论文中视频采集部分负责数字图像的采集、存储；JPEG压缩编码部分负责将采集到的图像经过DCT变换等数字图像处理手段进行压缩编码。在论文中，简要介绍了视频图像采集的原理及JPEG图像编码原理，详细分析了利用FPGA实现视频图像的采集存储方法，改进了JEPG图像基本编码系统各模块的算法及在FPGA上实现的方法。最后，在论文验证阶段采用了Matlab平台与FPGA开发板实验两种验证方式并给出了详细的验证方法及结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究目标

1.3 课题开发环境

1.4 课题研究内容

第二章 图像采集与数据存储

2.1 I2C总线控制接口

2.1.1 I2C总线简介

2.1.2 I2C总线协议

2.2 视频图像的采集

2.2.1 SAA7113视频解码芯片简介

2.2.2 SAA7113初始化设置

2.2.3 视频采集模块的设计

2.2.4 采集一行视频图像流程

2.3 视频图像的存储

2.3.1 SRAM的读写控制

2.3.2 视频存储模块设计

第三章 JPEG图像编码标准

3.1 图像压缩编码简介

3.2 JPEG图像编码标准简介

3.3 JPEG基本编码系统

3.3.1 JPEG编码最小单元

3.3.2 离散余弦变换(DCT)

3.3.3 量化

3.3.4 熵编码

3.4 JPEG编码实例

第四章 JPEG编码系统的FPGA实现

4.1 JPEG编码器总框图

4.2 DCT快速算法及其硬件实现

4.2.1 DCT快速算法

4.2.2 DCT模块的FPGA实现

4.3 量化及Z字扫描模块的硬件实现

4.4 熵编码模块的硬件实现

第五章 JPEG压缩编码的仿真与验证

5.1 Matlab平台仿真验证

5.1.1 Matlab简介

5.1.2 Matlab平台仿真验证

5.2 FPGA平台仿真验证

5.2.1 FPGA设计验证流程

5.2.2 FPGA平台仿真验证

第六章 结论和展望

6.1 本论文所作工作

6.2 未来展望

参考文献

附录1 FPGA实现I2C总线控制主程序

附录2 FPGA实现DCT变换的主程序

附录3 FPGA实现数字图像JPEG编码的主程序

附录4 Matlab实现数字图像JPEG编解码的主程序

致谢