高速图像采集压缩存储系统设计

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随着因特网以及数字多媒体技术的迅猛发展,人们对数据传输的速度提出了新的要求。图像数据在存储及传输过程中占用了大量带宽资源,因此图像压缩技术就显得尤为重要。FPGA是实现图像压缩处理技术的理想平台,本文就是以此为切入点,设计了在FPGA平台上实现图像采集压缩存储的方法。本文对系统的三个主要环节分别进行了设计与实现。图像采集部分使用Camera Link接口高速数字相机采集图像,根据Camera Link协议时序,设计了Camera Link硬件电路;图像压缩部分采用JPEG图像压缩标准,对于二维离散余弦变换利用变换系数对称性和FPGA的流水特性,提出一种节省系统运行时间,利于工程实现的快速2D-DCT算法,将DCT系数分时赋值,连续做两次DCT变换,实现数据的无缝处理,量化模块预先将除法数据存入内存,通过查找方式相乘,把除法转换为乘法运算。熵编码模块采用Huffman编码,直流系数和交流系数分别进行编码,通过数据拼接将变长码转换为定长码进行输出,得到最终的Huffman码流。图像存储模块通过设计SDRAM的读写控制时序将图像压缩数据存入存储资源中。本文的实现方案中,在片上资源足够的情况下,把压缩模块做乒乓操作,以面积换取系统运行速度,在提高系统处理速度的同时,增加了其数据吞吐率,保证了图像数据处理的时间连续性,达到了图像处理对系统实时性的要求。系统基于Xilinx公司的Virtex-6开发板,在ISE 14.6的开发环境中,使用Verilog HDL语言开发完成。用Mdelsim仿真工具针对各主要模块和系统进行了完整的硬件平台测试,测试结果验证了系统功能,其压缩性能基本达到了实际应用要求。
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