基于DSP的JPEG視頻壓縮系統(tǒng)的實現(xiàn)

1 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，視覺通信的重要性和需求急劇增加，如桌面視頻會議、移動終端、基于因特網(wǎng)的視頻通信等。這些視覺信息內(nèi)涵豐富，但數(shù)據(jù)量大，必須壓縮數(shù)據(jù)。但采用多種方法壓縮圖像數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量仍然巨大，這就對計算機處理速度、傳輸介質(zhì)、傳輸方法和存儲介質(zhì)提出較高要求。因此，數(shù)據(jù)壓縮作為數(shù)據(jù)圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)之一，對研究圖像壓縮編碼技術(shù)具有重要價值。
嵌入式微處理器中，DSP具有靈活、高速、便于嵌入式應(yīng)用等優(yōu)點，特別適合復(fù)雜算法處理的應(yīng)用。數(shù)字視頻圖像壓縮系統(tǒng)利用DSP作為其嵌入式平臺，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，較好地提高編碼效率，滿足圖像實時處理需要。因此，這里介紹一種基于TMS320VC5509A型DSP的視頻壓縮系統(tǒng)。

2 靜止圖像的壓縮編碼標準JPEG
JPEG(Joint Photographic Experts Group)是由國際標準化組織(ISO)提出面向靜止圖像編碼的標準，其處理方法依次使用離散余弦變換、量化、Z行掃描、游程編碼和不變字長編碼。JPEG算法定義了以下4種運行模式：
(1)基于DCT順序型模式按照從左到右、從上到下的順序?qū)D像進行掃描和編碼，稱為基本系統(tǒng)。
(2)基于DCT遞增模式 按照從粗到細的順序?qū)σ环鶊D像進行編碼，適用于傳輸時間長、用戶喜歡圖像從粗糙到清晰的場合。
(3)無失真編碼模式保證重建圖像與原始圖像完全相同。
(4)分層編碼 采用各種分辨率對圖像進行編碼。
該系統(tǒng)采用基本系統(tǒng)模式。圖1是JPEG的編碼框圖。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計
該視頻壓縮系統(tǒng)直接與PAL制攝像頭的輸出端相連，來采集、預(yù)處理和壓縮現(xiàn)場圖像，再以USB或RS232方式將處理后的圖像數(shù)據(jù)傳給上位機。圖2為視頻壓縮系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。

該系統(tǒng)硬件設(shè)計以TI公司的TMS320VC5509A型數(shù)字信號處理器為核心，包括視頻采集電路、FPGA預(yù)處理電路、存儲器擴展、系統(tǒng)電源和看門狗電路等。系統(tǒng)中TMS320VC5509A為中央處理器；SDRAM為DSP外擴數(shù)據(jù)存儲器；Flash為程序存儲器，用于系統(tǒng)上電自舉；模擬攝像頭與視頻 A／D轉(zhuǎn)換器負責視頻圖像采集；FPGA用于地址譯碼、隔行運算，控制兩片SRAM用于緩存視頻A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字圖像。從系統(tǒng)設(shè)計成本考慮，這里選用Altera公司的可編程邏輯器件EPIC6Q240C8型FPGA。該器件是Cyclone系列器件中一款非BGA封裝的可用I／O引腳最多的 FPGA。