基于ARM的嵌入式静态图像显示系统的研究与实现.pdf-资料库

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广东工业大学硕士学位论文基于ARM的嵌入式静态图像显示系统的研究与实现姓名：王战盟申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：谷爱昱20070425

摘要摘要JPEG标准是当前在静态图像编解码领域中应用最为广泛的一种图像编解码技术，被广泛应用于图像的存储和传输。随着嵌入式技术的发展，JPEG图像编解码技术被用到了许多嵌入式系统中，产生了如数码相机、多媒体手机、掌上电脑等许多嵌入式产品。目前JPE6编解码多采用专用集成电路ASIC来实现，这种方法集成度较高，实现起来相对容易，但成本较高，升级拓展困难。一种更加灵活的方案是基于高性能的处理器，如ARM、DSP等，通过采用各种优化算法实现JPEG编解码功能，该方案使系统功能拓展和丹缀可以通过软件升级来实现，具有高度的灵活性和适应性，而且通过软件来实现系统功能的扩展和升级成本也较硬件升级低。本文的研究题目：“基于ARM的静态图像显示系统的研究与实现”，研究了在ARM硬件平台上采用软件编程的方法来实现JPEG图像解码和显示。本文首先介绍了JPEG静态图像编码标准的基本原理，然后基于SAMSUNG公司的ARM处理器S3C44BOX设计出用于静态图像解码和显示的硬件平台，并根据该硬件平台设计了相关的引导程序、驱动程序和显示模块的显示程序，为最终实现了一个嵌入式的图像处理系统做好了软硬件基础。接着进一步分析和研究了JPEG基本系统的解码过程，JPEG解码过程主要由头文件信息处理、熵解码、反量化、反离散余弦变换和色度空间转换五个部分组成。在对解码过程中运算量最大，耗时最多的反离散余弦变换IDCT部分，结合S3C44BOX的流水线操作与并行操作特征和反离散余弦变换原理，将二维8X8矩阵的反离散余弦变换运算转换成16次的一维8点反离散余弦变换运算，并对一维8点的反离散余弦变换采用一种快速算法，高效快速地实现了反离散余弦变换。最后实现了基于ARM平台的JPEG静态图像的解码显示系统，并且从S3C44BOX的硬件特性和C程序结构方面对解码程序做了的优化。通过从解码的图像质量

广东T业大学T学硕十论文和速度两个方面进行测试，系统能够达到图像重构的要求和实时解压显示的目标。关键词：JPEG，嵌入式系统，S3C44BOX，静态图像解码，LCDII

ABSTRACTJPEGisakindofimageencodinganddecodingtechniqueusedmostwidelyinthestillimagefieldtosaveandtransmittheimageinformationnowadays．Withthedevelopmentofembeddedtechnique，JPEGimageencodinganddecodingtechniquehasbeenusedinmanyembeddedsystems，accordinglymanyembeddedproductsappear,suchasmultimediadigitalcamera，andpalmtopcomputeretc．AtpresentthespecialintegratedcircuitASICisoftenadoptedtoimplementJPEGimageencodinganddecoding．Theintegratedlevelofthismethodishighandeasytorealize，butitscostishighanditisdifficulttoupgradeanddevelop．Anothermoreflexibleschemeisbasedonahigh-performanceprocessorsuchasARM，DSPandSOon，andallkindsofoptimizationalgorithmareusedtoimplementJPEGimageencodinganddecoding．Themethodmakesthesystemupgradingandfunctionexpandingrealizedthroughthesoftware，whichhaslowercostthanhardwareupgradeandhashighflexibilityandadaptability．Theresearchtopicofthisarticleis“TheResearchandRealizationofStillImageDisplaySystemBasedonARM”inwhichbasedonARMhardwareplatform，thesoftwareprogremisadoptedtoimplementJPEGimageencoding，decodinganddisplay．JPEGstandardisintroducedfirstlyinthepaperthenbasedonARMprocessorS3C44BOXwhichcomefromSAMSUNG’ahardwareprocessingplatformusedtofinishstillimagedecodinganddisplayhasbeendesigned．Accordingtothehardwareplatform，bottomdriverprogramanddisplaymoduleprogramhavebeendesigned，whichprovidethesoftwareandhardwarefoundationforrealizingtheembeddedimageprocessingsystemfinally．FurtheranalysesandinvestigationshavebeendoneonthedecodingprocessofJPEGbasicsystem．TheprocessofJPEGimagedecodingismadeupoffiveparts：tagcodeinformationprocessing，entropydecoding，dequantization，inverseddiscretecosinetransformandcolorspace111

呈童三些奎兰三兰堡：：芝三converter．BecauseofIDCTcostingthemostquantityoftimeintheprocessofdecoding，weadoptatrowandcolumnmethodandconvert8×8two-dimensionalinverseddiscretecosinetransforminto8pointone-dimensionaIinverseddiscretecosinetransform．whichrealizesinverseddiscretecosinetransformalgorithmwithhighefficiencyandspeed．FinallyJPEGstillimagedecodinganddisplayprocessingsystemhasbeenrealizedbasedonthishardwareplatform．IntheendthefartheroptimizationhasbeendonetothedecodingprogramfromtheaspectsofhardwarecharacteristicofS3C44BOXandCprogramstructure．Throughthetestofdecodingresulttoimagequalityandspeed，thesystemcanreachtherequirementofimagefeconngurationandthetargetofreal-timedecodinganddisplay．Keywords：JPEG；EmbeddedSystem；S3C44BOX；StillImagedecoding；LCDIV

广东．[业大学T学硕十论文独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作韵同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归广东工业大学所有。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。指导老师签字：名受参论文作者签字：圣战j区砷年u肘日

第一章绪论第一章绪论1．1引言人类从自然界获取信息感受外部世界，是通过听觉、视觉、触觉、嗅觉、味觉等来完成，而绝大部分来自视觉所接收的图像信息，图像信息在人们从自然界获取的信息中占到了80％左右。“图”是物体透射光或反射光的分布，“像”是人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识。图像是“图”和“像”两者的结合…。图像信息的内涵十分丰富，为了满足人们对不同场合的各种要求，达到一些特定的目标，需要对图像进行“改造”，即对图像进行处理。简单的说，图像处理就是对图像信息进行加工处理，以满足入的视觉心理和实际应用的需要。而利用计算机和其他高速、大规模的集成数字硬件，对将图像信息转换来的数字电信号进行某些数字运算或处理，以期提高图像的质量或达到人们所预期的结果，就称为数字图像处理。如对数据量过大的图像进行压缩编码和解码、对被噪声污染的图像除去噪声，对信息微弱的图像进行增强处理等”1。图像信息经过数字化后得到的数据量是非常大的，例如，一副640x480个象素组成的24位彩色位图，每个象素的R、G、B分别用8bit数据量来表示，那么这幅图像需要用640×480×3×8bit，即7372800个bit，921600个字节。如此庞大的数据量对图像的计算、存储、传输和显示都带来了极大的不便。然而，人们经过研究发现，图像的数据量虽然庞大，但是数据之间有很大的相关性，可以对图像数据进行压缩去除数据间的冗余，这样就可以使海量的图像数据得到精简，以便对图像进行处理01。因此，人们对图像在存储和传输前进行压缩处理，而在接收和显示端对压缩后的图像数据进行接压缩处理以还原和显示图像。当今社会，人们的生活消费水平越来越高，对消费品的需求也在不断变化。在消费类多媒体产品方面，人们越来越青睐于小巧便携的电子产品，如数码相机、手机、掌上电脑和MP3／MP4播放器等。嵌入式技术的发展，使人们的这些消费需求变为可能。

广东T业大学T学硕十论文1．2研究背景伴随着Internet技术的不断成熟，移动通信的迅猛发展，网络传输以及各种新兴多媒体业务的出现，如视频会议，可视电话，高清晰度电视、视频点播、视频检索、数字图书馆、远程医疗以及视频监控等，人们利用图像这种媒介进行交流的需求越来越广泛，同时也对图像编解码技术提出了新的要求。除了传统的良好压缩性能与重建质量外，人们还要求实现多分辨率编码、嵌入式编码，从而向用户环境提供个性化服务“1。与此同时，飞速发展的嵌入式技术(EmbeddedTechnology)可以实现人们对客户终端设备提出的新要求，如使客户终端设备轻巧便利、易于控制或具有某些特定的功能。嵌入式系统就是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求的专用的计算机系统∞1。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统∞3。近年来，伴随着因特网在全球的普及和消费电子产业的蓬勃发展，静态图像压缩标准JPEG标准被广泛地应用于图像信息的传输和存储，多媒体和网络程序、工业生产、遥感、生物医学领域、军事、模式识别和机器人视觉等领域。随着多媒体技术的不断发展，图像及音频视频的处理成为多媒体技术研究的核心，而对各种压缩解压缩方法的研究更是多媒体技术研究的焦点。图像的压缩解压缩是一个很重要的研究领域，这一领域的突破对于通信和多媒体事业的发展将有深远的影响。随着数字信号处理器ARM、DSP等芯片性能的不断提高和价格的不断下降，使得嵌入式的实时图像处理变的不再是梦想。1．3静态图像编码技术的发展历程图像压缩编码技术可以追溯到1948年提出的电视信号数字化，到今天己经有50年的历史了。Kunt提出了第一代数据压缩编码的概念。他把20世纪1948到1988年这40年中出现的以研究去除冗余为目标的编码方法称为第一代编码。2

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