靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

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1、靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEGIP核的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基金頒發(fā)部門(mén)：福建省科技廳；項(xiàng)目名稱(chēng)：射頻開(kāi)關(guān)懸梁振動(dòng)特性分析及納米尺度下的觸點(diǎn)行為研究；編號(hào)：2006J0032基金申請(qǐng)人:于映12張志曉，于映(1.福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，福建福州350002；2.南京郵電大學(xué)通信工程學(xué)院，江蘇南京210003)摘要：本文介紹了基于靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG基本模式的編碼器軟IP核的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用適于VLSI實(shí)現(xiàn)的DCT算法結(jié)構(gòu),單周期實(shí)現(xiàn)Huffman編碼,圖像壓縮過(guò)程流水線實(shí)現(xiàn),達(dá)到高處理速率和高數(shù)據(jù)吞吐率。使用DesignCompil

2、er在SMIC0.18umCMOS單元庫(kù)下綜合，時(shí)鐘頻率可以達(dá)到125MHz，可處理每秒三十幀的1280*1024SXGA圖像。本IP核可以方便地集成到諸如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)以及掃描儀等各種應(yīng)用中。關(guān)鍵詞：JPEG;IP核;ASIC;流水線設(shè)計(jì);中圖分類(lèi)號(hào)：TN919.81文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADesignandImplementationofIPCoreofStillImageDataCompressionStandardJPEGZHANGZhi-XiaoYUYing(micro-electronics,instituteofphysic

3、sandinformationengineering,FUZHOUUniversity,FuzhouFujian350002,China)Abstract：ThepaperpresentsthedesignandimplementationofasoftencoderIPbasedontheJPEGbaselineimagecompressionstandard.ThedesignadoptedtheDCTalgorithmarchitecturewhichisefficientforVLSIimplementationandc

4、ouldencodetheHuffmancodeinaclockperiod,compresstheimageinpipeliningandobtainhighspeedandthroughput.SynthesizedinDesignCompilerwiththeSMIC0.18umCMOSlibrary,theresultisupto125MHZfrequencyandcouldhandle30framespersecondof1280*1024SXGAimages.ThisIPcanbeconvenientlyintegr

5、atedintovariousapplicationsuchasdigitalcamera、cellphone、andcolorFAX,etc.Keywords：JPEG;IPCore;ASIC;PipeliningDesig1引言基于IP（IntellectualProperty）核的設(shè)計(jì)和可復(fù)用已成為SoC（Systemonachip）設(shè)計(jì)方法的主流設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG基本模式的編碼器軟IP核。JPEG(JointPhotographExpertsGroup)是1992年CCITT和ISO正式通

6、過(guò)的連續(xù)[1]色調(diào)靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。圖像的高數(shù)據(jù)量和廣泛應(yīng)用對(duì)圖像的存儲(chǔ)和傳輸提出了要求，有限的存儲(chǔ)容量和傳輸帶寬不能直接對(duì)圖像進(jìn)行存儲(chǔ)與傳輸,因此需要先對(duì)圖像進(jìn)行壓縮處理。JPEG壓縮算法因其優(yōu)異的壓縮性能和靈活的形式成為了目前最流行的圖像壓縮工具。2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEGJPEG標(biāo)準(zhǔn)制定了四種工作模式：（1）順序的基于DCT（SequentialDCT-based）模式；（2）累進(jìn)的基于DCT（ProgressiveDCT-based）模式；（3）無(wú)損（Lossless）模式；（4）分層（Hierarchical）模式。其

7、中順序的基于DCT模式是JPEG最基本的壓縮過(guò)程:符合JPEG[1]標(biāo)準(zhǔn)的硬軟件編碼/解碼器都必須支持和實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程。JPEG基本順序過(guò)程（BaselineSequentialprocesses）實(shí)現(xiàn)有損圖像壓縮，重建圖像質(zhì)量達(dá)到人眼難以觀察出來(lái)的要求。由8x8DCT（離散余弦變換）運(yùn)算、量化和熵編碼三步組成。從左到右，從上到下掃描信號(hào)，為每個(gè)圖像編碼。JPEG基本模式編碼過(guò)程如圖1所示。3.JPEGIP核設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用流水線技術(shù),通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)JPEG編碼的各個(gè)步驟按功能進(jìn)行合理的模塊劃分。在各主要功能模塊間達(dá)到

8、流水操作，在功能模塊的內(nèi)部通過(guò)設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)流水線運(yùn)算，在輸入速率為每個(gè)時(shí)鐘周期一個(gè)像素時(shí)，一個(gè)時(shí)鐘周期處理一個(gè)像素，實(shí)現(xiàn)了高處理速率和高數(shù)據(jù)吞吐率。本設(shè)計(jì)編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1，主要功能模塊包括：（1）離散余弦變換（DCT）；（2）量化；（3）之字形編碼；（4）使用差