基于片上网络的JPEG图像压缩系统设计

摘要

随着多核技术日趋成熟,芯片的设计方案不再局限于仅仅提高单个核心的计算能力,而是逐渐将研究重心转移到多核并行处理上。因此,扩展性好、并行计算能力强的片上网络(NoC,Network-on-Chip)成为实现新型多核片上系统通信架构的主流方案,设计基于NoC的应用系统正成为当前的研究热点。联合图像专家组(JPEG,Joint Photographic Experts Group)图像压缩技术在图像存储和传输方面应用广泛,由于JPEG压缩算法采用基于块的处理方式,需要大量的并行运算,而基于总线架构的设计方案存在并行性差、扩展性不佳等瓶颈,难以满足JPEG压缩算法的计算需求。片上网络具有并行能力强,扩展性好的特点,因此可用于设计高性能的JPEG图像压缩系统。
　　本文对多核片上互连架构进行了研究,重点研究了总线架构和片上网络架构的通信机制、JPEG图像压缩原理,分别设计了基于总线和片上网络两种方案的JPEG多路图像压缩系统。首先,本文总结了片上网络的研究背景和当前基于片上网络实际应用的发展现状;其次,本文对片上网络体系结构和JPEG图像压缩原理进行了总结,主要包括片上网络的基本构成及其工作原理、JPEG图像压缩过程;再次,本文设计了基于总线和基于片上网络两种方案的JPEG多路图像压缩系统,并使用Verilog硬件描述语言(HDL,Hardware Description Language)实现了寄存器级(RTL,Register Transfer Level)代码;最后,本文对这两种方案进行了验证,并对性能和资源开销进行了对比,对比结果证明基于NoC方案的JPEG图像压缩系统具有良好的性能。

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第一章 绪论

1.1 片上网络研究概述

1.1.1 片上网络的研究背景

1.1.2 片上网络的研究及其应用现状

1.2 JPEG图像压缩研究概述

1.3 论文结构安排

第二章 片上网络及JPEG压缩原理

2.1 片上网络基本原理

2.1.1 片上网络基本结构

2.1.2 片上网络的拓扑结构

2.1.3 片上网络的路由策略

2.1.4 片上网络的流控机制

2.1.5片上网络的仲裁机制

2.2 JPEG图像压缩基本原理

2.2.1色彩模式转换

2.2.2离散余弦变换

2.2.3 量化

2.2.4“Z”字形编排

2.2.5 行程编码

2.2.6 霍夫曼编码

第三章 基于总线和基于片上网络的JPEG图像压缩

3.1 基于总线方式JPEG图像压缩系统设计

3.1.1 RAM IP核设计

3.1.2 JPEG Encoder IP核的设计

3.1.3 JPEG Encoder IP核的AHB总线接口设计

3.1.4 AHB总线仲裁器

3.2 基于片上网络的JPEG图像压缩系统

3.2.1 JPEG Encoder IP核网络接口设计

3.2.2 RAM IP核网络接口设计

第四章 总线与片上网络方案的验证

4.1 总线方案的功能验证

4.1.1 RAM IP核的验证

4.1.2 JPEG Encoder IP核验证

4.1.3 总线总体方案验证

4.2片上网络方案的功能验证

4.2.1 JPEG Encoder IP核网络接口验证

4.2.2 RAM IP核网络接口验证

4.2.3片上网络总体方案验证

4.3 总线与片上网络方案对比

4.3.1 面积开销

4.3.2 带宽及处理时间

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士在读期间研究成果