基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)圖像采集處理系統(tǒng)設(shè)計
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2．2 RAM控制模塊
RAM控制模塊通過乒乓操作對圖像數(shù)據(jù)進行緩存和讀取，系統(tǒng)只存取圖像的亮度信號，即Y信號。乒乓操作的處理流程如下：在第1場時間，將圖像數(shù)據(jù)緩存到SRAM1；在第2場時間，將圖像數(shù)據(jù)緩存到SRAM2，同時將SRAM1的數(shù)據(jù)送到JPEG編碼器進行圖像壓縮；在第3場時間，將圖像數(shù)據(jù)緩存到SRAM1，同時將SRAM2的數(shù)據(jù)送到JPEG編碼器進行圖像壓縮，依此循環(huán)。將圖像數(shù)據(jù)保存到SRAM時，由視頻采集模塊的行有效計數(shù)器和場有效計數(shù)器產(chǎn)生RAM寫入地址。
由于圖像數(shù)據(jù)是按照奇偶場先后傳輸?shù)?，為了得到一副完整的圖像，需要將奇偶場數(shù)據(jù)合并。RAM控制模塊先將奇場數(shù)據(jù)寫入RAM奇數(shù)行中，即奇場第1行存在RAM的第1行，奇場第2行存在RAM的第3行，依此類推直到奇場288行數(shù)據(jù)全部存完為止；再將偶場數(shù)據(jù)寫入RAM的偶數(shù)行中，即偶場第1行存在RAM的第2行，奇場第2行存在RAM的第4行，依此類推直到偶場288行數(shù)據(jù)全部存完為止。
2．3 JPEG編碼器
JPEG編碼器是圖像壓縮算法實現(xiàn)的核心，JPEG編碼器主要有5部分，分別是二維離散余弦變換(2D-DCT)、量化、Z型掃描、游程／預(yù)測編碼、霍夫曼編碼。如圖4所示原理框圖。輸入是圖像原始的亮度Y數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過霍夫曼編碼器輸出碼流。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/190790.htm
2．3．1 2D-DCT實現(xiàn)
對于8×8圖像塊的二維DCT的變換公式為：
式中：0≤u≤7，0≤u≤7，f(x，y)為對應(yīng)像素點的像素值；F(u，v)為變換后的DCT數(shù)值。根據(jù)余弦的正交性，可將上式分解為一維DCT變換。設(shè)：
式中：0≤u≤7，0≤v≤7。
因此二維DCT變換可以轉(zhuǎn)換為2個一維DCT變換。目前比較常用的變換方法有2種：一種是直接法，通過將8×8圖像數(shù)組進行多項式轉(zhuǎn)換或者三角分解進行二維變換；或者另一種是間接法，將8×8圖像數(shù)據(jù)先按行進行一維DCT變換，然后再對變換結(jié)果按列進行第2次一維DCT變換，進而可以得到二維DCT變換結(jié)果。前者需要的乘法器較多，而且實現(xiàn)步驟較繁瑣，后者在這兩方面上擁有很大的優(yōu)勢，能夠形成快速DCT變換，更適合FPGA硬件的實現(xiàn)，因此采用后者方法實現(xiàn)。
目前比較成熟的一維DCT算法主要有Chen算法、Loeffler算法、Lee-Huang算法、ANN算法等，每種算法所需要的乘法次數(shù)和加法次數(shù)各不相同，表1所示為幾種常用算法的比較。根據(jù)算法的復(fù)雜度和硬件計算速度，本文采用Loeffler算法。
Loeffler是一種基于行列分解的快速一維DCT算法，適合FPGA硬件實現(xiàn)。采用Loeffler算法實現(xiàn)一個8點的一維DCT變換，只需要11次乘法運算和29次加法運算。硬件實現(xiàn)算法的結(jié)構(gòu)圖如圖5和圖6所示。
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