《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設計 > 設計應用 > 基于LM9627的JPEG2000壓縮與傳輸系統方案
基于LM9627的JPEG2000壓縮與傳輸系統方案
摘要: 整個系統主要由n臺PC基站、m×n臺手持移動終端(每臺PC基站負責m臺手持移動終端)組成。其中PC基站以USB2.0為核心,通過藍牙無線傳輸協議實現手持移動終端與基站的高速通信。手持移動終端以TMS320VC5402為核心實現系統控制,以TMS320C6713為處理器實現JPEG2000圖像編碼算法。
Abstract:
Key words :

系統結構

 

整個系統主要由n臺PC基站、m×n臺手持移動終端(每臺PC基站負責m臺手持移動終端)組成。其中PC基站以USB2.0為核心,通過藍牙無線傳輸協議實現手持移動終端與基站的高速通信。手持移動終端以TMS320VC5402為核心實現系統控制,以TMS320C6713為處理器實現JPEG2000圖像編碼算法。

 

系統硬件設計

 

硬件結構

 

如圖1所示,整個系統采用類似于PC104的棧式結構,主要由LM9267攝像頭、圖像處理子板和系統控制主板三個部分組成。LM9627模塊設計為了提高系統的可擴展性,本系統把攝像頭作為單獨的一個模塊設計,主要包括模擬部分、數據接口和控制接口三個部分。其中J2為數據接口,連接到圖像處理子板的FPGA上;J1為控制接口,連接到系統控制主板上。圖像處理子板圖像處理子板由采集控制協處理器FPGA、C6713和兩片“乒乓”工作的SRAM組成。兩片視頻 采集FPGA芯片EP1C6Q240分別采集奇數幀和偶數幀(每幀包含奇數場和偶數場)圖像,每個FPGA對LM9627的視頻流進行格式分析,將相應的 RGB分量轉換為YUV分量,并以4:1:1的格式存儲在SRAM內。兩片SRAM以“乒乓”的方式工作,即同一時刻一片用于采集視頻圖像,另一片用做 DSP的圖像緩沖區。兩片C6713實現復雜的JPEG2000壓縮算法。為了后續的擴展,使得C6713能夠處理更大尺寸的圖像,每片DSP擴展16MB的SDRAM,SDRAM以100MHz的頻率工作,滿足圖像壓縮過程中大量數據交換的要求。

圖1 系統硬件框圖

圖1 系統硬件框圖

 

系統控制主板

 

系統控制主板以DSP C5402為核心處理器,主要負責三個任務:通過 控制LM9627攝像頭;讓多塊圖像處理子板協調工作,通過MailBox—FIFO讀取它們的壓縮結果;將讀取的壓縮結果按照藍牙協議發送到PC基站。 為了滿足高的數據交換速度,主處理器TMS320VC5402以100MHz工作,一邊通過MailBox—FIFO讀取壓縮結果,一邊將讀取的壓縮結果 按照藍牙協議發送到PC基站,從而實現JPEG2000的實時壓縮與解碼顯示。

 

系統軟件設計

 

圖像采集軟件設計為了讓系統做到實時,可通過LM9627的I2C控制總線讓它工作在隔行掃描方式,則輸出640×480分辨率的圖像數據。而場頻,則: 幀頻 (隔行掃描),行頻。本文采用Verilog HDL語言,實現了LM9627的實時圖像采集。C6713上JPEG2000算法設計本系統的JPEG2000編碼算法在C6713上的開發包括兩個階段。

 

算法實現第一階段:

 

用C語言模擬DSP的JPEG2000算法,以判斷代碼的正確性,驗證JPEG2000算法的復雜度、可靠性,以及JPEG2000自身的壓縮性能。本系 統的JPEG2000編碼器包括小波變換(wavelet)、熵編碼(MQenc)、碼率控制和打包(rateallocation)三個主要模塊。 LM9627輸出為RGB,把它轉化為Y:U:V=4:1:1的視頻數據流,分別對三個分量進行DC位移、小波變換、熵編碼,然后將三個分量所有碼塊的編 碼流根據碼率控制要求進行分層組織,其中包括碼流截斷操作,編碼器的輸出即是打包后的分層位流。進行DC電平位移(預處理)的目的是為了在解碼時能夠從有 符號的數值中正確恢復重構無符號采樣值。傳統小波變換的運算量相當大,而且往往將8位圖像數據變換為浮點型,在編碼中引入量化失真,不利于圖像數據的無損 壓縮,因此JPEG2000主要采用基于UMDFB(抽2取1濾波器組)提升小波算法。其優點在于速度快、運算復雜度低、所需的存儲空間少,而且得到的小 波系數與使用傳統小波變換得到的結果相同。

 

JPEG2000選用兩種濾波器:LeGall5/3濾波器和Daubechies9/7濾波器。考慮到本系統的實時性要求以及無損壓縮需求,選用5/3 小波運算。當小波分解級數提高的時候分解系數的能量更為集中,但小波分解級數的提高會使編碼效率有所下降,對于本系統,4CIF(704×576)分辨率 采樣圖像進行5級小波分解,CIF(352×288)圖像進行4級小波分解就足夠了。由于采用整型模式運算,所有的量化步長均被置為1,即量化過程可以忽略。多分辨率支持可通過小波變換來實現,多失真度支持則可通過熵編碼來解決。

 

傳統Huffman編碼采取依次對每個系數進行熵編碼的方式;JPEG2000編碼系統則是將小波變換后的子帶劃分成小的碼塊,并將碼塊中的小波系數組織 成若干位平面進行編碼。以“位平面”為編碼元,有兩點好處:可以更好地利用圖像局部的統計特性,為隨機獲取圖像壓縮位流提供支持;有助于提高壓縮碼流的抗 誤碼性能。在進行塊編碼時,JPEG2000強調多截斷點的支持,截斷點越多,表明圖像可提供更多的質量選擇。如果對每個碼塊僅進行位平面編碼,那么對于 數據最高位數為N的塊,最多可得到N個截斷點。很多時候這種截斷是粗糙的而且截斷點數目過少。為了獲得更多的截斷點,EBCOT引入“編碼通道”的概念, 將每個位平面進一步分成子位平面(編碼通道)。在JPEG2000編碼系統中使用三個編碼通道:有效性通道、幅度細化通道和清除通道。這樣對某個碼塊Bi 來說,可能的截斷點可以有3N個。進行位平面編碼時,JPEG2000采用的是快速自適應二進制算術編碼。

 

算法實現第二階段

 

編寫JPEG2000匯編代碼,并抽出對性能影響比較大的代碼段進一步優化。TMS320C67l3基于TI的VLIW技術,利用VLIW結構設計程序可 以充分利用DSP多個功能單元并行工作的特性。DSP的每一個通道都有四個功能單元(L、S、M、D),每個功能單元負責完成一定的邏輯或者算術運算,另 外A、B兩個通道的互訪可以通過交叉單元1x、2x完成。TM320C6713的大部分指令都可在單周期內完成,可以直接對8/16/32位數據進行操 作。同時,它最多可以有8條指令并行執行;所有指令均可條件執行。

 

以上所有特點提高了指令的執行效率、減小了代碼長度、提高了編碼效率。C6713只有兩個D單元負責數據存取,在一個時鐘周期中最多有兩條數據存取指令并 行執行,并且從存儲區取數據的LDB/LDH/LDW指令有4個時鐘周期的延時,嚴重影響了CPU的效率。為此在編碼時應盡量減少從存儲區中取數據的次 數。 例如在小波變換中,我們在對SRAM里的8位采樣值數據進行取操作(LDB)時,可以充分利用C6713的32位寄存器,一次從存儲區中取地址相鄰的4個 8位數(用32位操作指令LDW),然后分別進行運算,這樣就充分利用了CPU的資源,減少了4倍的數據存取量。流水線操作是DSP實現高速度、高效率的 關鍵技術之一。當一條指令的處理已經準備好后到流水線的下一級,但是那一級卻還沒有準備接收新的輸入時,流水線沖突就不可避免。

 

流水線沖突可以分為三大類:跳轉沖突、寄存器沖突和存儲器沖突。為解決流水線沖突問題,在使用匯編語言時需要特別注意C6000指令的延遲情況,有些指令 并不是立刻就能得到結果。此外,為了保證代碼效率,必須提前知道每一條指令的運行周期數,并提前安排該指令或重新調整指令順序。只有盡量將這些指令的前后 指令放在它們所需的延遲間隙內并行執行,才能達到減少等待周期、提高程序效率的效果。經過C語言模擬算法到全匯編實現的優化,然后再對匯編代碼進行優化, 使得系統的性能大大提高。

 

基站的設計

 

PC基站主要由藍牙接收和上位機JPEG2000解碼兩個部分組成,其原理如圖2所示。而上位機解壓軟件主要包括LM9627傳感器設置和圖像采集控制, 前者主要發送從地址和設置值給終端,終端通過 設置LM9627;后者控制系統的圖像采集分辨率和壓縮比。

 

 

圖2 基站設計
圖2 基站設計

 

 

測試結果主觀圖像質量比較由于采取了上述技術,理論上JPEG2000應提供更好的性能和更多的功能,下面通過幾組對比數據加以驗證。用作參考的JPEG算法是當前業界硬件平臺上使用最廣泛的壓縮算法,測試圖片為24位真彩色lenna圖。

 

實驗采用的壓縮性能度量是峰值信噪比(PSNR):PSNR反映的是圖像信噪比變化情況的統計平均,它是目前廣泛應用的衡量圖像主觀質量的方法。由表1的 數據可以得出以下結論:在較高壓縮比率情況下,JPEG2000的信噪比均高出JPEG 6~9dB;在高分辨率情況下,JPEG2000的信噪比值下降度低于碼率下降度,這意味著,分辨率越高,越能體現JPEG2000的高壓縮比性能。當信 噪比低于26dB時,JPEG的重構圖由于嚴重的馬賽克效應已經無法分辨,而此時的JPEG2000重構圖像雖然在細節部分已經有所損失,但是圖像輪廓仍 舊比較明晰。表中“—”表示此時圖像質量已經很低,計算的PSNR值不再具有實際意義。系統處理速度本系統在系統控制主板DSP—VC5402的控制下, 讓兩塊圖像處理子板穩定可靠地并行工作,具體測試結果如表2所示。

 

結語

 

本系統以低成本實現了高質量的圖像壓縮功能,具有廣泛的應用價值。主要應用領域可概略分成兩部分:一為傳統的JPEG市場,像打印機、掃描儀和數碼相機 等,一為新興的應用領域,像網絡傳輸、無線通信和醫療圖像等。由于早先的Motion JPEG不提供無損模式,未能廣泛應用到視頻編碼領域。而本系統所采用的JPEG2000算法結合DSP系統的高效率處理性能,能夠很好地把靜態圖像壓縮 技術引入視頻編碼領域。

 

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
主站蜘蛛池模板: 三级伦理在线 | 国产精品特黄一级国产大片 | 欧美日本道免费二区三区 | 久久综合九色综合97_ 久久久 | 成人久久18免费网站游戏 | 成人免费观看网欧美片 | 91精品福利一区二区三区野战 | 一级毛片免费一级直接观看 | 美日韩中文字幕 | 免费一级毛片清高播放 | 伊人www| 国产91精品一区二区麻豆网站 | 日韩成人免费视频播放 | 国产精品国产 | 一级aaa毛片 | 成年人福利 | 在线精品国产第一页 | 久久狠狠干 | 国产精品合集一区二区三区 | 国产在线拍揄自揄视精品不卡 | 国产香蕉国产精品偷在线观看 | 欧美在线香蕉在线现视频 | 天天爱天天做天天干 | 99re国产 | 人人做天天爱夜夜爽中字 | 欧美日韩高清一本大道免费 | 成年网在线观看免费观看网址 | 一个人的免费影院 | 97视频在线观看免费播放 | 美国一区二区三区 | 国产精品久久久久9999高清 | 偷偷狠狠的日日高清完整视频 | 中文字幕成人免费高清在线视频 | 日韩a级毛片免费观看 | 激情一区二区三区成人 | 国产黄在线免费观看 | 国产三级黄色毛片 | 一级做a爱过程免费视频时看 | 色吊丝最新网站 | 一级做a爰全过程免费视频毛片 | 夜间福利影院 |