原创 【博客大赛】DE2+DSP实现的JPEG编码器方案

1、将图像分成8*8数据块（数字信号数组，即YCbCr）

2、进行DCT变换:

可以利用一维DCT变换来实现二维的DCT变换公式1，将公式1改写成矩阵运算形式F = CfC^T其中,C为带余弦基本函数的变换系数矩阵,C^T为C 的转置，则DCT变换公式可以分解成串联的两次一维变换，如下：

即写成矩阵形式为：F=CY，Y=fC^T，这里,Y为中间乘积矩阵(Y的列等于f行的一维DCT 输出) 。因此,在做二维DCT变换时,可以应用一维DCT 变换来计算,即先沿f的行进行一维DCT 计算获得Y,再沿着Y的转置的行进行一维DCT运算。这其中就包含一个转置存储器。这样的算法结构如图：

3、进行量化，量化有对应的量化表（色度和亮度的量化表不同），将DCT变换的结果与对应量化表中的数相除；

4、之字形输出，即将量化后的数据按之字形输出即可（直流分量在最前，之后是交流分量），经过此步骤后，低频分量数据靠前排列，高频分量数据靠后排列；

5、Huffman编码，此部分有对应的色度和亮度编码表。此部分也可以根据数值出现的可能性大小来提高编码速度。

二：系统结构

整个系统可以分成两大部分：DE2开发板图像预处理部分和DSP图像压缩部分，另外采用EMIF进行数据交换。

1）DE2开发板图像预处理部分（如图4中的黑色虚线表示）包括视频AD转换和FPGA处理，其中视频AD转换可以采用DE2开发板自带的ADV7181转换芯片实现，可以将PAL/NTSC制式的信号转换为CCIR656制式的信号；FPGA处理部分采用Altera的嵌入式软核NiosII作为控制单元，将CCIR656制式信号进一步转换为YCbCr制式信号方便DSP做处理，将YCbCr信号缓存到SRAM中为DSP处理提供数据源。

2）DSP图像压缩部分（如图4中的红色虚线表示）采用TI公司的TMS320VC5509A处理器，其具有乘法累加和累减单元，能在单周期内完成1次乘法运算和1次累加运算，将上面的公式2和公式3进一步转换，都可以变换成乘法累加/累减： 

可见采用DSP做DCT变换非常合适（其实DCT变换就是FFT变换的变型，在很多设计中都能看到采用DSP设计FFT变换的）；量化一步中会涉及到除法，但是可以近似采用乘法的方法代替（譬如除以3，可以转换为乘以0.333，再转换为乘以333再除以1000）， 之字形扫描只是按照一定的规律将数据从新排列，此步骤很容易；编码一步采用静态的Huffman编码表，对应编码表，按照一定的顺序打包输出；从描述中可以看出，设计会用到一些表，可以采用片外存储的方式进行实现。

3）FPGA和DSP之间采用EMIF（外部存储器接口）进行数据交换，它们之间的握手信号可以采用中断实现。

4）整个系统可以采用NiosII作为总的控制单元，由其发起信号采集，缓存以及数据压缩等模块的功能。