基于adv212的jpeg2000靜態(tài)圖像壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文主要是關(guān)于jpeg的相關(guān)介紹，并著重對(duì)基于adv212的jpeg2000靜態(tài)圖像壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳盡的闡述。

jpeg

JPEG 是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專(zhuān)家小組）的縮寫(xiě)，是第一個(gè)國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時(shí)，具有比較好的重建質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于圖像、視頻處理領(lǐng)域。人們?nèi)粘Ｅ龅降摹?jpeg”、‘’.jpg“等指代的是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮編碼后在媒體上的封存形式，不能與JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)混為一談。

JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）領(lǐng)導(dǎo)之下制定靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的委員會(huì)，第一套國(guó)際靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)ISO 10918-1（JPEG）就是該委員會(huì)制定的。由于JPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使他在短短幾年內(nèi)獲得了成功，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，網(wǎng)站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

JPEG本身只有描述如何將一個(gè)影像轉(zhuǎn)換為字節(jié)的數(shù)據(jù)串流（streaming），但并沒(méi)有說(shuō)明這些字節(jié)如何在任何特定的儲(chǔ)存媒體上被封存起來(lái)。.jpeg/.jpg是最常用的圖像文件格式，由一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)聯(lián)合會(huì)組織制定，是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的儲(chǔ)存空間，圖像中重復(fù)或不重要的資料會(huì)被丟失，因此容易造成圖像數(shù)據(jù)的損傷。尤其是使用過(guò)高的壓縮比例，將使最終解壓縮后恢復(fù)的圖像質(zhì)量明顯降低，如果追求高品質(zhì)圖像，不宜采用過(guò)高壓縮比例。但是JPEG壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數(shù)據(jù)，在獲得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，換句話說(shuō)，就是可以用最少的磁盤(pán)空間得到較好的圖像品質(zhì)。而且 JPEG是一種很靈活的格式，具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用不同的壓縮比例對(duì)文件進(jìn)行壓縮，支持多種壓縮級(jí)別，壓縮比率通常在10：1到40：1之間，壓縮比越大，品質(zhì)就越低；相反地，品質(zhì)就越高。比如可以把1．37Mb的BMP位圖文件壓縮至20．3KB。當(dāng)然也可以在圖像質(zhì)量和文件尺寸之間找到平衡點(diǎn)。JPEG格式壓縮的主要是高頻信息，對(duì)色彩的信息保留較好，適合應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，可減少圖像的傳輸時(shí)間，可以支持24bit真彩色，也普遍應(yīng)用于需要連續(xù)色調(diào)的圖像。

詳細(xì)介紹

JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）領(lǐng)導(dǎo)之下制定靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的委員會(huì)，第一套國(guó)際靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)ISO 10918-1（JPEG）就是該委員會(huì)制定的。由于JPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使他在短短幾年內(nèi)獲得了成功，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，網(wǎng)站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

JPEG本身只有描述如何將一個(gè)影像轉(zhuǎn)換為字節(jié)的數(shù)據(jù)串流（streaming），但并沒(méi)有說(shuō)明這些字節(jié)如何在任何特定的儲(chǔ)存媒體上被封存起來(lái)。.jpeg/.jpg是最常用的圖像文件格式，由一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)聯(lián)合會(huì)組織制定，是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的儲(chǔ)存空間，圖像中重復(fù)或不重要的資料會(huì)被丟失，因此容易造成圖像數(shù)據(jù)的損傷。尤其是使用過(guò)高的壓縮比例，將使最終解壓縮后恢復(fù)的圖像質(zhì)量明顯降低，如果追求高品質(zhì)圖像，不宜采用過(guò)高壓縮比例。但是JPEG壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數(shù)據(jù)，在獲得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，換句話說(shuō)，就是可以用最少的磁盤(pán)空間得到較好的圖像品質(zhì)。而且 JPEG是一種很靈活的格式，具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用不同的壓縮比例對(duì)文件進(jìn)行壓縮，支持多種壓縮級(jí)別，壓縮比率通常在10：1到40：1之間，壓縮比越大，品質(zhì)就越低；相反地，品質(zhì)就越高。比如可以把1．37Mb的BMP位圖文件壓縮至20．3KB。當(dāng)然也可以在圖像質(zhì)量和文件尺寸之間找到平衡點(diǎn)。JPEG格式壓縮的主要是高頻信息，對(duì)色彩的信息保留較好，適合應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，可減少圖像的傳輸時(shí)間，可以支持24bit真彩色，也普遍應(yīng)用于需要連續(xù)色調(diào)的圖像。

詳細(xì)介紹

JPEG是第一個(gè)國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，用于連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像（即包括灰度圖像和彩色圖像） ［1］ 。JPEG是聯(lián)合圖像專(zhuān)家組（Joint Photographic Experts Group）的縮寫(xiě)，這個(gè)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）和國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission，IEC）合作努力的成果。JPEG標(biāo)準(zhǔn)正式地稱(chēng)為ISO/IEC IS（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）10918-1：連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像數(shù)字壓縮和編碼（Digital Compression and Coding of Continuous-tone Still Images）和ITU-T建議T.81。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目的在于支持用于大多數(shù)連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像壓縮的各種各樣的應(yīng)用，這些圖像可以是任何一個(gè)色彩空間，用戶(hù)可以調(diào)整壓縮比，并能達(dá)到或者接近技術(shù)領(lǐng)域中領(lǐng)先的壓縮性能，且具有良好的重建質(zhì)量。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)目標(biāo)是對(duì)普遍實(shí)際的應(yīng)用提供易處理的計(jì)算復(fù)雜度。 ［2］

在 Photoshop軟件中以JPEG格式儲(chǔ)存時(shí)，提供11級(jí)壓縮級(jí)別，以0—10級(jí)表示。其中0級(jí)壓縮比最高，圖像品質(zhì)最差。即使采用細(xì)節(jié)幾乎無(wú)損的10 級(jí)質(zhì)量保存時(shí)，壓縮比也可達(dá) 5：1。以BMP格式保存時(shí)得到4．28MB圖像文件，在采用JPG格式保存時(shí)，其文件僅為178KB，壓縮比達(dá)到24：1。經(jīng)過(guò)多次比較，采用第8級(jí)壓縮為存儲(chǔ)空間與圖像質(zhì)量兼得的最佳比例。

然而，JPEG靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，中端和高端比特速率上的良好的速率畸變特性，但在低比特率范圍內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)很明顯的方塊效應(yīng)，其質(zhì)量變得不可接受。JPEG不能在單一碼流中提供有損和無(wú)損壓縮，并且不能支持大于64×64 K的圖像壓縮。同時(shí)，盡管當(dāng)前的JPEG標(biāo)準(zhǔn)具有重新啟動(dòng)間隔的規(guī)定，但當(dāng)碰到比特差錯(cuò)時(shí)圖像質(zhì)量將受到嚴(yán)重的損壞。

針對(duì)這些問(wèn)題，自1997年3月起，JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)開(kāi)始著手制定新一代的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)以解決上述問(wèn)題。2000年3月的東京會(huì)議，確定了彩色靜態(tài)圖像的新一代編碼方式JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的編碼算法。

JPEG2000作為JPEG的升級(jí)版，其壓縮率比JPEG高約30%左右，同時(shí)支持有損和無(wú)損壓縮。JPEG2000格式有一個(gè)極其重要的特征在于它能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸，即先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，讓圖像由朦朧到清晰顯示。此外，JPEG2000還支持所謂的“感興趣區(qū)域” 特性，可以任意指定影像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量，還可以選擇指定的部分先解壓縮。在有些情況下，圖像中只有一小塊區(qū)域?qū)τ脩?hù)是有用的，對(duì)這些區(qū)域，采用低壓縮比，而感興趣區(qū) 域之外采用高壓縮比，在保證不丟失重要信息的同時(shí)，又能有效地壓縮數(shù)據(jù)量，這就是基于感興趣區(qū)域的編碼方案所采取的壓縮策略。其優(yōu)點(diǎn)在于它結(jié)合了接收方對(duì)壓縮的主觀需求，實(shí)現(xiàn)了交互式壓縮。而接收方隨著觀察，常常會(huì)有新的要求，可能對(duì)新的區(qū)域感興趣，也可能希望某一區(qū)域更清晰些。

JPEG2000和JPEG相比優(yōu)勢(shì)明顯，從無(wú)損壓縮到有損壓縮可以兼容，而JPEG不行，JPEG的有損壓縮和無(wú)損壓縮是完全不同的兩種方法。JPEG2000即可應(yīng)用于傳統(tǒng)的JPEG市場(chǎng)，如掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等，又可應(yīng)用于新興領(lǐng)域，如網(wǎng)路傳輸、無(wú)線通訊等等。

注意：JPEG標(biāo)準(zhǔn)不指定任何固有的文件格式。它只定義壓縮比特流的語(yǔ)法。這就產(chǎn)生了一定數(shù)量的文件格式來(lái)存儲(chǔ)JPEG壓縮后的圖像，例如JPEG文件交換格式（JPEG File Interchange Format，JFIF），JPEG推廣到TIFF6.0、FlashPix等。但它們中的每一個(gè)都不能認(rèn)為是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)支持的正式定義的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 ［2］

部分JPEG標(biāo)準(zhǔn)

⑴核心圖像編碼系統(tǒng) ［3］ ，為JPEG2000指定了基本的特征集合和碼流語(yǔ)法；

⑵擴(kuò)充（給⑴的核心定義添加更多的特征和完善度）；

⑶運(yùn)動(dòng)JPEG2000指定了文件格式（MJ2），它包含用于動(dòng)態(tài)視頻的具有JPEG2000核心編碼算法的圖像序列編碼；

⑷ISO/IEC15444-4：2002。它指定了使用第一部分的JPEG2000用于編碼/解碼一致性測(cè)試；

⑸參考軟件 （包含Java和C實(shí)現(xiàn)）。在這一部分中，提供了兩個(gè)軟件源包（使用Java和C編程語(yǔ)言）用于測(cè)試和開(kāi)發(fā)商對(duì)于JPEG2000系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的有效性檢驗(yàn)；

⑹復(fù)合圖像文件格式（用于文件掃描和傳真應(yīng)用程序）指定了其他文件格式（JPM）用于存儲(chǔ)復(fù)合圖像。ITU-TT.441ISO 16485多層混合光柵內(nèi)容（mixed raster content，MRC）模型用于表示在第6部分的JPEG2000復(fù)合圖像；

⑺對(duì)⑴的最小支持（技術(shù)報(bào)告）【已摒棄】。

⑻安全JPEG2000（JPSEC）。這一部分設(shè)計(jì)了用于JPEG2000應(yīng)用的安全方面，例如加密、數(shù)字水印等；

⑼交互工具、API和協(xié)議（JPIP）。這一部分定義了一個(gè)交互式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且它指定了用于JPEG2000圖像和相關(guān)元數(shù)據(jù)高效的交換工具；

⑽3D和浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（JP3D）。這一部分開(kāi)發(fā)與三維數(shù)據(jù)有關(guān)的內(nèi)容，以3D醫(yī)療圖像重建作為例子；

⑾無(wú)線（JPWL）。這一部分開(kāi)發(fā)了用于無(wú)線多媒體的應(yīng)用。主要涉及用JPEG2000在易出錯(cuò)的無(wú)線網(wǎng)環(huán)境中JPWL的差錯(cuò)保護(hù)、檢測(cè)和修正；

⑿對(duì)MPEG-4，ISO基本媒介文件格式（media file format）具有共同的文本ISO/IEC 14496-12

截止于2007年，⑴為完全被認(rèn)可的ISO標(biāo)準(zhǔn)，定義了核心壓縮技術(shù)和最小文件格式，⑵～⑹定義壓縮和文件格式的擴(kuò)充。其中，⑺已摒棄。⑻~仍在發(fā)展之中

基于adv212的jpeg2000靜態(tài)圖像壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在早期的壓縮技術(shù)，如JPEG標(biāo)準(zhǔn)，已不能滿(mǎn)足對(duì)壓縮圖像質(zhì)量進(jìn)一步提高的要求背景下，研究硬件實(shí)現(xiàn)最新壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000（ISO／IEC15444-1圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)）變得意義重大。ADV212是目前市場(chǎng)上用于硬件實(shí)現(xiàn)靜態(tài)圖像壓縮最新算法標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000的圖像壓縮編解碼芯片，適用于多種視頻和靜止圖像格式的數(shù)據(jù)壓縮處理。

ADV212的編解碼原理及工作過(guò)程

目前，通過(guò)專(zhuān)用圖像壓縮芯片構(gòu)建壓縮系統(tǒng)一般有兩種做法：一種是DSP+專(zhuān)用芯片+CPLD，其中，CPLD用于完成邏輯控制，DSP用于輔助數(shù)據(jù)處理；另外一種是FPGA+專(zhuān)用芯片，F(xiàn)PGA用于邏輯控制和輔助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。比較而言，后者在靈活性方面更有優(yōu)勢(shì)。這里采用后一種做法。

ADV212主要由像素接口、小波變換引擎、熵編解碼器、嵌入式處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、內(nèi)部DMA引擎和外部DMA引擎等組成。圖像和像素?cái)?shù)據(jù)輸入像素接口，采樣值則經(jīng)過(guò)隔行掃描傳輸?shù)叫〔ㄗ儞Q引擎中。在小波變換引擎中，每個(gè)圖塊或幀將通過(guò)5／3或9／7濾波器分解成許多頻率不同的子帶，對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)寫(xiě)入內(nèi)部存儲(chǔ)器中。熵編解碼器將小波變換后的系數(shù)通過(guò)算術(shù)編碼為符合JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。內(nèi)部DMA引擎用來(lái)完成存儲(chǔ)器之間以及各模塊和存儲(chǔ)器之間的高帶寬、高性能傳輸。

依據(jù)JPEG2000的編碼流程，結(jié)合數(shù)據(jù)流可將ADV212的壓縮編碼過(guò)程劃分為小波分解、熵編碼、碼流存儲(chǔ)、碼流輸出四個(gè)過(guò)程。

小波分解

像素或視頻數(shù)據(jù)通過(guò)VDATA總線輸入，或者像素?cái)?shù)據(jù)通過(guò)HDATA總線進(jìn)入芯片。在這兩種情況下，視頻數(shù)據(jù)／像素?cái)?shù)據(jù)都要通過(guò)像素接口，然后在對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)解交錯(cuò)后送往小波變換引擎。進(jìn)入小波變換引擎的數(shù)據(jù)被分塊或分幀，再用5／3定點(diǎn)運(yùn)算或9／7浮點(diǎn)運(yùn)算濾波器將其分解到不同的子帶上。低頻子帶是對(duì)原圖像的近似，高頻子帶則反映圖像的細(xì)節(jié)。濾波器對(duì)每一塊或幀圖像數(shù)據(jù)可執(zhí)行高達(dá)6級(jí)的小波分解，分解后的小波系數(shù)被寫(xiě)入內(nèi)部存儲(chǔ)器。

數(shù)據(jù)壓縮

小波變換后的系數(shù)通過(guò)3個(gè)熵編碼器后被分解成碼塊單元，對(duì)這些碼塊單元進(jìn)行獨(dú)立編碼產(chǎn)生基本碼流，再按照率失真進(jìn)行基本碼流長(zhǎng)度截取后按不同要求組織成數(shù)據(jù)流。對(duì)碼流的處理是在碼塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮主要通過(guò)以下手段實(shí)現(xiàn)：

量化：在有損壓縮情況下，碼塊的位流被截?cái)啵辉跓o(wú)損壓縮情況下，碼塊的位流不用截?cái)唷?/p>

率失真最優(yōu)化：量化的數(shù)量依賴(lài)于對(duì)輸出率或輸出質(zhì)量的要求，三個(gè)熵編碼器將進(jìn)行失真計(jì)算以找到最佳的率失真性能。

上下文建模：這個(gè)過(guò)程是根據(jù)每個(gè)系數(shù)的重要性來(lái)構(gòu)造成上下文模型，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)打包和分層，形成JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)碼流。

碼流存儲(chǔ)

熵編碼形成的JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)碼流被存入內(nèi)部存儲(chǔ)器中。JP2格式的文件由一種被稱(chēng)作“壓縮信息盒”（box）的二進(jìn)制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單元組成。這種信息單元在物理連接上有點(diǎn)類(lèi)似列車(chē)，車(chē)廂中壓進(jìn)的是所要傳遞的信息。而且，一個(gè)壓縮信息盒中可包含有其他壓縮信息盒。每個(gè)壓縮信息盒長(zhǎng)度可變，但都具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)形式。

其中，LBox部分用來(lái)說(shuō)明該壓縮信息盒的長(zhǎng)度，其表現(xiàn)形式是32位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)；TBox部分用來(lái)說(shuō)明信息盒中DBox部分信息數(shù)據(jù)的類(lèi)型，包括3大類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)定義類(lèi)、添加知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息類(lèi)、添加開(kāi)發(fā)商指定信息類(lèi)。其表現(xiàn)形式也是32位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)；XLBox用來(lái)說(shuō)明延伸了的信息盒長(zhǎng)度，即信息盒實(shí)際的長(zhǎng)度，該部分包含了LBox和TBox在內(nèi)的所有信息；DBox部分存放目標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式與前面的TBox中指定的信息數(shù)據(jù)的類(lèi)型有關(guān)，不同的類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)格式。 碼流輸出

JPEG2000碼流通過(guò)高速總線進(jìn)入編碼FIFO，以緩沖內(nèi)部高速總線和低速主機(jī)接口。碼流數(shù)據(jù)可通過(guò)共用的讀寫(xiě)存取協(xié)議（CS，RD，WR，ACK，ADDR）從主機(jī)接口輸出，或者通過(guò)DREQ／DACK協(xié)議由外部DMA控制器協(xié)調(diào)下的外部DMA引擎輸出。

FIFO主要用于緩沖內(nèi)部高速總線和低速主機(jī)接口。像素FIFO專(zhuān)用于存儲(chǔ)像素或分量數(shù)據(jù)。它用在未壓縮像素?cái)?shù)據(jù)從HDATA總線輸出的情形下，此時(shí)，像素?cái)?shù)據(jù)從HDATA總線經(jīng)像素接口到達(dá)像素FIFO。

編碼FIFO用于緩沖壓縮數(shù)據(jù)。特征FIFO用于緩沖壓縮特征數(shù)據(jù)，例如失真、失真范圍，或字長(zhǎng)；輔助FIFO可用于緩沖壓縮其他的各種數(shù)據(jù)。

壓縮系統(tǒng)的總體考慮

ADV212芯片接口靈活，在數(shù)據(jù)處理量大的場(chǎng)合，可進(jìn)行多片組合同步處理。構(gòu)建壓縮系統(tǒng)首先考慮所需ADV212的數(shù)量，這也是系統(tǒng)的總體考慮因素。

數(shù)據(jù)吞吐率

數(shù)據(jù)吞吐率=有效垂直分辨率×有效水平分辨率×像素分量數(shù)×場(chǎng)率（單位：MSPS）。對(duì)VDATA總線，在150MHz主頻下，最大輸入吞吐率為65MSPS。

每幅圖像的采樣數(shù)

單片ADV212每幅圖像的采樣點(diǎn)數(shù)限于1.048M個(gè)采樣點(diǎn)。圖像采樣點(diǎn)數(shù)=有效垂直分辨率×有效水平分辨率×像素分量數(shù)（單位：MSPS）。例如，在PAL視頻格式下，YCbCr在4：2：2格式下每個(gè)像素點(diǎn)采樣兩次。則標(biāo)準(zhǔn)精度NTSC每場(chǎng)含有720×288×2=414720個(gè)采樣點(diǎn)，小于1.048M個(gè)采樣點(diǎn)，故只需一片ADV212即可。

對(duì)靜態(tài)圖像壓縮，ADV212單分量圖像支持最大長(zhǎng)寬為4096個(gè)像素點(diǎn)的圖像，更大的圖像必須先分塊再處理。

圖像壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2是圖像壓縮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，本系統(tǒng)中使用的FPGA為Virtex II Pro系列中的XC2VP40，它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要控制。其利用IP植入技術(shù)，無(wú)縫嵌入了32位的IBM PowerPC 405 RISC處理器內(nèi)核和Rocket IO多路吉比特串行收發(fā)器MGT（Multi-Gigabit Transceiver）。

PROM采用XQ17V16存儲(chǔ)FPGA的配置程序，6片SDRAM用來(lái)存儲(chǔ)編碼過(guò)程中的數(shù)據(jù)。ADV212專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)編碼FPGA遞交的圖像數(shù)據(jù)。參照數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦，將ADV212入口數(shù)據(jù)寬度和出口數(shù)據(jù)寬度都設(shè)置為10bit。

系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)交換采用CompactPCI（簡(jiǎn)稱(chēng)CPCI）總線，它讀寫(xiě)速度快、性能穩(wěn)定，支持熱插拔并易于擴(kuò)展，可同時(shí)支持多達(dá)256個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)CPCI總線設(shè)備。

本系統(tǒng)中圖像數(shù)據(jù)經(jīng)CPCI總線讀入并經(jīng)FPGA緩沖后，交給ADV212進(jìn)行壓縮編碼，編碼后的碼流數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA緩沖后從CPCI輸出。FPGA除了完成對(duì)ADV212的輸入／輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制外，還完成CPCI總線的控制協(xié)議。

ADV212的工作模式是在初始化固件中通過(guò)寫(xiě)寄存器的狀態(tài)字來(lái)設(shè)定的，大小約為32KB的固件程序以后綴為*.sea的格式存在，在本系統(tǒng)中通過(guò)USB接口下載到ADV212的間接存儲(chǔ)器中，其地址段為0x00050000-0x0005EFF，數(shù)據(jù)寬度32bit。采用C語(yǔ)言的ADV212程序編碼流程如圖3所示。

系統(tǒng)開(kāi)始工作前，要確保ADV212加載了正確的固件，在FPGA主控程序中通過(guò)四個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一步是向外部中斷使能寄存器中寫(xiě)入0X0400來(lái)屏蔽軟件中斷0位；第二步等待到中斷引腳IRQ被拉低，第三步檢查外部中斷標(biāo)記寄存器的EIRQFLG［10］位是否被設(shè)置，第四步從軟件標(biāo)記寄存器中讀應(yīng)用標(biāo)識(shí)，如果讀到的是0XFF82，則說(shuō)明固件加載正確，系統(tǒng)可以開(kāi)始工作。

干涉圖在壓縮后，如果丟失信息過(guò)多，或是丟失了部分重要信息，則無(wú)法復(fù)原出真實(shí)的光譜。利用干涉成像則是利用目標(biāo)的特征光譜信息進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和反偽裝。一般認(rèn)為直接干涉圖壓縮很難實(shí)現(xiàn)較大的壓縮比，故該系統(tǒng)的一個(gè)任務(wù)就是探討JPEG2000用于直接干涉圖壓縮的可能壓縮比大小。

測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果

用該系統(tǒng)對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖片lena進(jìn)行壓縮的測(cè)試，在壓縮比為4：1和8：1下生成了jp2格式的圖像文件，驗(yàn)證了硬件系統(tǒng)的可用性和正確性。其次，對(duì)大量的干涉圖進(jìn)行壓縮和比對(duì)，對(duì)比對(duì)結(jié)果的分析認(rèn)為，系統(tǒng)在保留足夠干涉信息的前提下，干涉圖像的數(shù)據(jù)量得到了一定程度的壓縮，表明該系統(tǒng)可用于干涉圖壓縮。

系統(tǒng)之所以能對(duì)普通圖像實(shí)現(xiàn)比干涉圖大的壓縮比可以做到比干涉圖高，主要有兩方面的原因：其一是ADV212所實(shí)現(xiàn)的JPEG2000壓縮主要針對(duì)的是二維空間圖像，所以能在對(duì)普通二維圖像的壓縮上表現(xiàn)出其優(yōu)越性，而干涉圖是包含有光譜維信息的準(zhǔn)三維圖像（另一維是光譜信息），直接將二維圖像壓縮方法應(yīng)用到干涉圖，沒(méi)有利用另外一維的相關(guān)性，其二是干涉圖要保留光譜維信息，不允許壓縮時(shí)損失過(guò)多細(xì)節(jié)信息，也即干涉圖的直接壓縮傾向于無(wú)損或近無(wú)損壓縮。

結(jié)語(yǔ)

基于FPGA+ADV212結(jié)構(gòu)的圖像系統(tǒng)具有可靠性高、調(diào)整靈活、壓縮信號(hào)易恢復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于非線性編輯系統(tǒng)、圖像采集處理系統(tǒng)等。隨著JPEG2000的廣泛應(yīng)用，專(zhuān)用圖像壓縮芯片ADV212必將被越來(lái)越多地應(yīng)用到視頻和圖像壓縮方面的各種編解碼系統(tǒng)中。

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