[發明專利]基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統及方法

有效

• 申請號: 201210175028.X
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102724499A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 史忠科;劉通
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種圖像壓縮系統，特別涉及一種基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統。本發明還涉及基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統的圖像壓縮方法。

背景技術

圖像以其信息直觀、信息量大等一系列優點成為人們獲取信息的重要來源。但圖像數據量大，難以存儲或傳輸，需要進行壓縮。JPEG是聯合圖像專家組（Join?Photographic?Experts?Group）的英文縮寫，是由國際標準化組織（ISO）、國際電報電話咨詢委員會（CCITT）和國際電工委員會（IEC）聯合組成的一個圖像專家小組。JPEG的目的是給出一個適用于各種連續色調圖像的壓縮方法，其中源圖像類型可以不受圖像尺寸、內容、統計特性、像素形狀以及顏色空間等的限制，要求算法易于軟硬件實現，系統具有良好的性價比，成為國際通用的靜止圖像壓縮標準。

采用傳統的嵌入式微處理器進行圖像壓縮，不能進行并行處理，靈活性差，數據吞吐率和資源利用率都比較低，難以達到實時性的要求?，F場可編程邏輯門電路（FPGA）具有現場可編程性與可重構性，具有較強的并行處理能力，用FPGA實現實時圖像壓縮系統，可以提高系統處理速度、靈活性和適應性。

在一些應用領域，并不需要整幅圖像的全部信息，如交通圖像處理領域，通常只關心道路信息，而對背景信息不做過多要求，因此，如果能夠對道路信息進行壓縮比較小的壓縮，而對背景信息進行壓縮比較大的壓縮，可以顯著提高壓縮效果。

經過對現有技術的檢索發現，文獻“基于DSP的圖像壓縮系統，電子測量技術，2007年第二期”提出一種基于DSP的圖像壓縮方法，該方法處理一幅640×480大小的圖像，需要0.199s，難以滿足實時性要求。

文獻“申請號是201110099414.0的中國專利”公開了一種基于FPGA的高速JPEG圖像處理系統及其處理方法，該系統由圖像輸入設備，編碼模塊，中央處理器，碼流存儲設備，碼流輸出設備和系統總線組成。該方案有一定的實時性，但它用到了中央處理器，這限定了該方案要使用嵌入式硬核或嵌入式軟核，增加了系統的資源消耗，也降低了系統的可移植性，而且該方案側重于說明整個系統的組成框圖和數據流向，并沒有給出具體可行的編碼方法。

發明內容

為了克服現有的圖像處理系統資源消耗大、可移植性差的不足，本發明提供一種基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統，該系統包括圖像信號轉換模塊、圖像數據處理模塊以及通信模塊。圖像數據處理模塊采用一片FPGA作為核心芯片，使系統具有高可靠性和小型化的優點；基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統的圖像壓縮方法對JPEG算法進行并行化處理，并把中間的計算結果和用到的數據存入FPGA內部存儲器構成的RAM、ROM和FIFO中，可以使存儲結構優化，使系統具有很好的實時性；對DCT變換進行優化，可以減少對FPGA資源的占用，有良好的性價比；對圖像進行不同壓縮比的壓縮，對感興趣區域進行壓縮比較小的壓縮，而對不感興趣區域則進行壓縮比較大的壓縮，這樣可以在保證壓縮比的同時對感興趣區域的信息做較好的保留。系統不需要嵌入任何軟核處理器或硬核處理器且占用資源少，使系統可以通過低端FPGA芯片進行構建，性價比高，有很強的可移植性。

本發明還提供基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統的圖像壓縮方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：

一種基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統，其特點是包括圖像信號轉換模塊、圖像數據處理模塊以及通信模塊。圖像信號轉換模塊由攝像頭和視頻解碼芯片組成；圖像數據處理模塊由一片FPGA和一些外圍電路組成，其軟件結構包括解碼芯片配置模塊、圖像采集模塊、JPEG模塊、Huffman控制模塊以及數據發送模塊。所述Huffman控制模塊給Huffman編碼模塊一個控制信息，控制Huffman編碼模塊。解碼芯片配置模塊對視頻解碼芯片進行初始化，圖像采集模塊接收攝像頭經過視頻解碼芯片處理后的信號并將有效數據存入與之相連的SRAM1中，采集完一幀圖像之后，由Huffman控制模塊對所采集圖像進行分析，然后在Huffman控制模塊的控制下進行不同壓縮比的JPEG壓縮，同時把壓縮數據存入SRAM2中，數據發送模塊將壓縮數據通過通信模塊傳送至上位機。

一種基于FPGA的變壓縮比圖像壓縮系統的圖像壓縮方法，其特點是包括以下步驟：

采用改進的JPEG算法對圖像進行不同壓縮比的壓縮，對感興趣區域進行壓縮比較小的壓縮，對不感興趣區域進行壓縮比較大的壓縮。