基于FPGA的圖像壓縮編解碼系統設計
2020年電子技術應用第12期
任 靜，李菁菁，劉云飛
南京林業大學 信息科學技術學院，江蘇 南京210037
摘要： 針對圖像處理的實時性要求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮編解碼系統。該系統包括實時圖像采集、JPEG壓縮以及UART傳輸等功能。采用Altera公司的DE系列開發板，應用Verilog HDL硬件描述語言對D5M攝像頭進行配置，完成圖像采集。在圖像壓縮模塊，重點對2D-DCT變換進行改進。在基于Chen算法的基礎上采用二分頻信號控制器，減少了加法器的調用，實現其快速運算，進而完成圖像壓縮功能。在URAT傳輸模塊，主要完成串行通信與并行通信間的轉換。測試表明，圖像的壓縮比達到26.3:1，其均值信噪比大于40 dB，壓縮后的視覺效果良好，符合設計要求。
中圖分類號： TP391
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200532
中文引用格式： 任靜，李菁菁，劉云飛. 基于FPGA的圖像壓縮編解碼系統設計[J].電子技術應用，2020，46(12)：111-115.
英文引用格式： Ren Jing，Li Jingjing，Liu Yunfei. Image compression coding and decoding system based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(12)：111-115.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200532
中文引用格式： 任靜，李菁菁，劉云飛. 基于FPGA的圖像壓縮編解碼系統設計[J].電子技術應用，2020，46(12)：111-115.
英文引用格式： Ren Jing，Li Jingjing，Liu Yunfei. Image compression coding and decoding system based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(12)：111-115.
Image compression coding and decoding system based on FPGA
Ren Jing，Li Jingjing，Liu Yunfei
College of Information Science and Technology，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China
Abstract： Aiming to real-time requirement of image processing, an image compression coding and decoding system based on FPGA is designed. The system includes real-time image acquisition, JPEG compression and UART transmission. The D5M camera is configured by Verilog hardware description language to acquire image. We focus on improving two-dimension discrete cosine transformation(2D-DCT) design flow in the image compression module. The dual frequency signal controller is adopted to reduce the call of adder based on the Chen algorithm and realize its fast operation. The test shows that the compression ratio of the image is 26.3:1, and the average signal-to-noise ratio is more than 40 dB. The visual effect of the compressed image is good, which meets the design requirements.
Key words : FPGA；JPEG compression algorithm；RS_232；D5M camera
0 引言
數字化處理后的圖像，其所隨帶的信息量是龐大的，這將嚴重影響到圖像的存儲與傳輸。因此，圖像壓縮具有重要的現實意義[1-2]。而在實際的工程需求中，由于圖像數據量的巨大以及對于處理實時性的要求，如果單純依靠軟件來實現圖像的處理往往非常耗時。為此，采用能夠并行處理的硬件實現可以大大加快數據處理的速度，且在程序設計時具體更高的靈活性。
本設計以FPGA開發平臺作為整個系統的控制核心，由I2C總線進行實時圖像獲取，并將它實時轉換為RGB格式的圖像數據。利用JPEG算法分別對Y、Cb、Cr分量實現編碼處理，應用Verilog HDL硬件語言編程，大大加快處理速度。壓縮后的數據碼流通過RS_232串口傳輸給PC，最終導入MATLAB中進行解壓縮和恢復圖像。
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作者信息：
任 靜，李菁菁，劉云飛
(南京林業大學 信息科學技術學院，江蘇 南京210037)
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