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基于FPGA的JPEG编解码芯片设计
时间:2015-04-07 浏览次数:860次 无忧论文网
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【中文题名】 基于FPGA的JPEG编解码芯片设计 【中文摘要】 近年来,随着微电子技术的高速发展,数字图像压缩编码技术的逐渐成熟,实时图象处理在多媒体、HDTV、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,图像压缩/解压的IC芯片也已成为多媒体技术的核心,实现这些算法芯片的研究成为信息产业的新热点。 本文基于FPGA设计了JPEG图像压缩编解码芯片,通过改进算法优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性。在JPEG编码器设计中,改进了JEONG的DCT变换算法,采用流水线优化算法解决时间并行性问题,提高了DCT/IDCT模块的运算速度;设计了基于查找表结构的定点乘法器,便于在设 【英文摘要】 In recent years, with the fast development of electronic technology and image compression technology, real-time image processing is widely used in the field of multimedia, HDTV and image communication. At the same time, the ICs of image compression/ decompression become the core of multimedia techniques, while the research about the algorithm used to design ICs is the new key-point in information industry. This paper presents an IC design of JPEG image compression/decompression based on FPGA. Through im 【中文关键词】 IC设计. IP模块. FPGA. JPEG. DCT/IDCT变换. 流水线. Huffman编解码. 分组查找表. 【英文关键词】 IC design. IP module. FPGA. JPEG. DCT/IDCT transform. Pipeline. Huffman coding/decoding. Clustering LUT. 摘要 003-004 ABSTRACT 004-5 目次 5-8 1 绪论 8-15 1.1 多媒体数据压缩技术及相关标准 8-10 1.2 集成电路技术发展及其现状 10-13 1.2.1 IC技术的发展及重要地位 10-11 1.2.2 我国集成电路产业的发展现状 11-12 1.2.3 IC技术在多媒体方面的应用 12-13 1.3 本文主要研究内容与章节安排 13-15 1.3.1 主要研究内容 13-14 1.3.2 章节安排 14-27 2 JPEG图像压缩的基本原理和方法 15-21 2.1 静止图像压缩标准JPEG 15-16 2.2 FDCT和IDCT变换 16-17 2.3 量化和反量化 17-18 2.4 Huffman编码 18-20 2.5 编码比特率的控制 20-20 2.6 小结 20-21 3 JPEG图像编解码系统 21-25 3.1 JPEG编解码系统总体设计方案 21-22 3.2 JPEG编解码器总体设计方案 22-24 3.3 JPEG编解码器设计中的关键技术 24-25 4 基于流水线和并行算法的JPEG编码芯片设计 25-57 4.1 编码芯片总体设计方案 25-25 4.2 离散余弦变换模块设计 25-44 4.2.1 离散余弦变换与图像压缩 27-27 4.2.2 离散余弦变换的硬件算法 27-30 4.2.3 矩阵数据流图描述法 30-32 4.2.4 JEONG算法及改进 32-37 4.2.5 基于流水线及共享技术的新JEONG算法硬件设计 37-39 4.2.6 定点乘法器设计 39-42 4.2.7 DCT模块设计与仿真结果 42-44 4.3 量化排序模块设计 44-47 4.3.1 量化与ZIGZAG排序 44-45 4.3.2 量化排序模块设计与仿真结果 45-47 4.4 Huffman编码模块设计 47-51 4.4.1 差分编码与游程编码 47-47 4.4.2 字长计算及VLC编码 47-48 4.4.3 Huffman编码 48-49 4.4.4 Huffman编码模块设计与仿真结果 49-51 4.5 编码整理输出模块设计 51-54 4.5.1 编码与码流 51-52 4.5.2 编码输出模块设计与仿真结果 52-58 4.6 编码芯片整体设计 54-56 4.7 小结 56-57 5 基于一种快速Huffman解码算法的JPEG解码芯片设计 57-78 5.1 解码芯片总体设计方案 57-57 5.2 Huffman解码模块设计 57-72 5.2.1 一种快速Huffman解码算法 58-61 5.2.1.1 Huffman码字分组结构 59-60 5.2.1.2 查找表及其地址码设计 60-61 5.2.1.3 解码算法 61-62 5.2.2 Huffman解码模块总体框图及外围子模块设计 61-65 5.2.2.1 码流整理子模块设计 62-63 5.2.2.2 解码输出子模块设计 63-65 5.2.3 解码子模块设计与仿真 65-71 5.2.3.1 解码子模块硬件结构 65-67 5.2.3.2 硬件结构的优化设计 67-70 5.2.3.3 仿真试验结果 70-86 5.2.4 Huffman解码模块设计及仿真结果 71-72 5.3 反量化行程模块设计 72-73 5.3.1 反量化与逆ZIGZAG排序 72-72 5.3.2 反量化行程模块设计 72-73 5.4 IDCT模块设计 73-76 5.4.1 基于DCT的IDCT算法设计 73-75 5.4.2 IDCT模块设计 75-86 5.5 解码芯片整体设计 76-77 5.6 小结 77-78 6 总结与展望 78-082 6.1 硬件平台及方案设计 78-79 6.2 总结与展望 79-86 参考文献 082-86 致谢 86-88
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