探索基于fpga的道路环境图像采集压缩系统研究与开发

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1、长安大学硕士学位论文基于FPGA的道路环境图像采集压缩系统研究与开发姓名：谢耀华申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：赵祥模20100609摘要基于视频的多功能道路综合信息检测系统采集的视频和图像数据通常都是海量级的，为了便于这些数据的传输与存储，需要对它们进行快速和高效的压缩。传统的基于工控机与采集卡的图像压缩处理系统，其性能受到工控机CPU速度和总线带宽的限制，且成本较高，可扩展性较差。如何采用FPGA器件对视频和图像数据进行硬压缩，提高系统的运行速度和压缩效率是本论文主要解决的问题。论文首先对国内外图像信息采集及压缩技术和FPGA技术的发展现状进行了

2、综述，在对用户需求进行详细分析的基础上，设计了一种基于FPGA的高性价比的JPEG压缩编码方案。然后根据Virtex．IIPROXC2VP30FPGA器件内部结构的特点，设计了满足实际需求的视频解码电路，并在FPGA硬件上对JPEG压缩编码算法进行了实现，该实现过程分为三个步骤：(1)采用多个乘法器的同时工作的方式，运用流水式输入并行输出快速运算来实现离散余弦变化；(2)根据之字扫描的特点，将之字扫描内嵌到量化过程中，同时将所有的除法运算转变成高效的乘法运算，以节省处理时间；(3)根据编码系数的自身特性将图像信息中的直流系数(DC)与交流系数(AC)采用各自适宜的方法进

3、行编码。最后将开发的基于FPGA的压缩系统与基于PC机的压缩系统进行了性能对比。试验结果表明：基于FPGA的硬件压缩系统在压缩时间和压缩比上明显要优于基于PC机的系统，而且压缩质量与PC机相当，可满足实际工程应用的需求。关键词：FPGA、JPEG、离散余弦变化、量化、之字扫描、编码AbstractVideodataandimagedatacollectedbyavideo—basedmutifucntionalinspectionsystemofcomprehensiveinformationofroadwayareusuallyprodigious，andtheyne

4、edtobecompressedrapidlyandefficientlyfortheconvenienceofdatatransmissionandstorage．Besidesthehighcostandpoorextensibility,theperformanceoftraditionalimagecompressionandprocessingsystemsbasedonindustrialcomputersarelimittotheCPUspeedsandbusbandwidths．Thushowtospeed·upthesystemandimproveth

5、ecompressionefficiencythroughhardwarecompressioninuseofFPGAdevicesistheprimaryproblemtOsolveinthethesis．First，thethesisreviewedimageacquisitionandcompressiontechniquesandFPGAtechniquesathomeandabrod，anddesignedahighperformance-priceratioJPEGcompressingandencodingschemebasedonFPGA．Afterth

6、edetaileduserrequirementanalyses．AccordingtothestructurecharacteristicsofVirtex—IIPROXC2VP30，avideodecodingcircuitthatmeetstherequirementsisdesignedandtheJPEGcompressionalgorithmisimplementedonFPGA．Theprocedureisdividedintothreesteps：(1)usingtheconcurrentworkofmultiplemultiplier,Discrete

7、CosineTransform(DCT)isrealizedwithserialinputandparalleloutput；(2)zigzagSCanisintegratedintothequantificationprocedure，andallthedivisionsareconvertedintoefficientmultiplicationstOreducetime；(3)accordingtothefeaturesofencodingcoeefficients，suitablemethodsareappliedtotheenc