系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)主要由n臺(tái)PC基站、m×n臺(tái)手持移動(dòng)終端(每臺(tái)PC基站負(fù)責(zé)m臺(tái)手持移動(dòng)終端)組成。其中PC基站以USB2.0為核心，通過藍(lán)牙無線傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)手持移動(dòng)終端與基站的高速通信。手持移動(dòng)終端以TMS320VC5402為核心實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，以TMS320C6713為處理器實(shí)現(xiàn)JPEG2000圖像編碼算法。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件結(jié)構(gòu)
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)采用類似于PC104的棧式結(jié)構(gòu)，主要由LM9627攝像頭、圖像處理子板和系統(tǒng)控制主板三個(gè)部分組成。LM9627模塊設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)把攝像頭作為單獨(dú)的一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，主要包括模擬部分、數(shù)據(jù)接口和控制接口三個(gè)部分。其中J2為數(shù)據(jù)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(tǒng)控制主板上。圖像處理子板圖像處理子板由采集控制協(xié)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(shù)幀和偶數(shù)幀(每幀包含奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng))圖像，每個(gè)FPGA對(duì)LM9627的視頻流進(jìn)行格式分析，將相應(yīng)的RGB分量轉(zhuǎn)換為YUV分量，并以4:1:1的格式存儲(chǔ)在SRAM內(nèi)。兩片SRAM以“乒乓”的方式工作，即同一時(shí)刻一片用于采集視頻圖像，另一片用做DSP的圖像緩沖區(qū)。兩片C6713實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的JPEG2000壓縮算法。為了后續(xù)的擴(kuò)展，使得C6713能夠處理更大尺寸的圖像，每片DSP擴(kuò)展16MB的SDRAM，SDRAM以100MHz的頻率工作，滿足圖像壓縮過程中大量數(shù)據(jù)交換的要求。
圖1 系統(tǒng)硬件框圖
系統(tǒng)控制主板
系統(tǒng)控制主板以DSP C5402為核心處理器，主要負(fù)責(zé)三個(gè)任務(wù)：通過 控制LM9627攝像頭；讓多塊圖像處理子板協(xié)調(diào)工作，通過MailBox—FIFO讀取它們的壓縮結(jié)果；將讀取的壓縮結(jié)果按照藍(lán)牙協(xié)議發(fā)送到PC基站。為了滿足高的數(shù)據(jù)交換速度，主處理器TMS320VC5402以100MHz工作，一邊通過MailBox—FIFO讀取壓縮結(jié)果，一邊將讀取的壓縮結(jié)果按照藍(lán)牙協(xié)議發(fā)送到PC基站，從而實(shí)現(xiàn)JPEG2000的實(shí)時(shí)壓縮與解碼顯示。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
圖像采集軟件設(shè)計(jì)為了讓系統(tǒng)做到實(shí)時(shí)，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(shù)據(jù)。而場(chǎng)頻，則：幀頻 (隔行掃描)，行頻。本文采用Verilog HDL語言，實(shí)現(xiàn)了LM9627的實(shí)時(shí)圖像采集。C6713上JPEG2000算法設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的JPEG2000編碼算法在C6713上的開發(fā)包括兩個(gè)階段。
算法實(shí)現(xiàn)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(yàn)證JPEG2000算法的復(fù)雜度、可靠性，以及JPEG2000自身的壓縮性能。本系統(tǒng)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(gè)主要模塊。LM9627輸出為RGB，把它轉(zhuǎn)化為Y:U:V=4:1:1的視頻數(shù)據(jù)流，分別對(duì)三個(gè)分量進(jìn)行DC位移、小波變換、熵編碼，然后將三個(gè)分量所有碼塊的編碼流根據(jù)碼率控制要求進(jìn)行分層組織，其中包括碼流截?cái)嗖僮鳎幋a器的輸出即是打包后的分層位流。進(jìn)行DC電平位移(預(yù)處理)的目的是為了在解碼時(shí)能夠從有符號(hào)的數(shù)值中正確恢復(fù)重構(gòu)無符號(hào)采樣值。傳統(tǒng)小波變換的運(yùn)算量相當(dāng)大，而且往往將8位圖像數(shù)據(jù)變換為浮點(diǎn)型，在編碼中引入量化失真，不利于圖像數(shù)據(jù)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(yōu)點(diǎn)在于速度快、運(yùn)算復(fù)雜度低、所需的存儲(chǔ)空間少，而且得到的小波系數(shù)與使用傳統(tǒng)小波變換得到的結(jié)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(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求以及無損壓縮需求，選用5/3小波運(yùn)算。當(dāng)小波分解級(jí)數(shù)提高的時(shí)候分解系數(shù)的能量更為集中，但小波分解級(jí)數(shù)的提高會(huì)使編碼效率有所下降，對(duì)于本系統(tǒng)，4CIF(704×576)分辨率采樣圖像進(jìn)行5級(jí)小波分解，CIF(352×288)圖像進(jìn)行4級(jí)小波分解就足夠
了。由于采用整型模式運(yùn)算，所有的量化步長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)，多失真度支持則可通過熵編碼來解決。
傳統(tǒng)Huffman編碼采取依次對(duì)每個(gè)系數(shù)進(jìn)行熵編碼的方式；JPEG2000編碼系統(tǒng)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(shù)組織成若干位平面進(jìn)行編碼。以“位平面”為編碼元，有兩點(diǎn)好處：可以更好地利用圖像局部的統(tǒng)計(jì)特性，為隨機(jī)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(jìn)行塊編碼時(shí)，JPEG2000強(qiáng)調(diào)多截?cái)帱c(diǎn)的支持，截?cái)帱c(diǎn)越多，表明圖像可提供更多的質(zhì)量選擇。如果對(duì)每個(gè)碼塊僅進(jìn)行位平面編碼，那么對(duì)于數(shù)據(jù)最高位數(shù)為N的塊，最多可得到N個(gè)截?cái)帱c(diǎn)。很多時(shí)候這種截?cái)嗍谴植诘亩医財(cái)帱c(diǎn)數(shù)目過少。為了獲得更多的截?cái)帱c(diǎn)，EBCOT引入“編碼通道”的概念，將每個(gè)位平面進(jìn)一步分成子位平面(編碼通道)。在共模電感JPEG2000編碼系統(tǒng)中使用三個(gè)編碼通道:有效性通道、幅度細(xì)化通道和清除通道。這樣對(duì)某個(gè)碼塊Bi來說，可能的截?cái)帱c(diǎn)可以有3N個(gè)。進(jìn)行位平面編碼時(shí)，JPEG2000采用的是快速自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
