基于FPGA的JPEG压缩系统设计与实现

对弓网故障的检测在列车提速的今天显得尤其重要，原始故障图像数据量的巨大使实时存储和传输故障图像极其困难。JPEG作为一种低复杂度、高压缩比的图像压缩标准在多媒体、网络传输等领域得到广泛的应用。和相同图像质量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。 FPGA以其设计灵活、高速的卓越特性，逐渐成为许多应用中首先器件，尤其是与Verilog和VHDL等语言的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程。 本文旨在研究并实现一种实时采集并对特定帧进行压缩传输的方法。通过采用可编程逻辑器件FPGA来实现整个采集、显示、压缩和传输，使系统具有可定制、高速度等优点。 本文首先介绍了开发硬件可编程逻辑门阵列FPGA及其开发语言Veridlog，并介绍了FPGA的设计方法及开发流程；接着介绍了PAL制视频采集的相关知识及设计，其中主要包括基于I2C总线的模拟视频解码控制、视频的数字化ITU-R BT.601标准介绍及视频同步信号的获取、基于SDRAM的视频帧存储、VGA显示控制设计；随后介绍了JPEG标准，并根据故障检测的特点，设计了针对灰度图像压缩的JPEG编码器，设计中先分别对组成JPEG编码器的二维DCT变换模块、量化模块、Z字扫描模块、变换直流系数的差分脉冲编码模块、交流系数的游程编码模块、哈夫曼编码模块及打包模块进行了仿真测试，然后再对整个JPEG编码器进行了测试；最后设计了单帧视频的SRAM缓存，并将缓存的源图像采用本文设计的JPEG编码器进行压缩，再设计一个仅包含发送功能的UART 将压缩后的码流传输到PC机，在PC机上通过将接收的码流以ASCⅡ码的形式还原为采集图片。 本文实现了整个采集压缩系统，同时也进一步验证了本文设计的灰度图像JPEG编码器的正确性。相信本文无论是对弓网故障的图像检测，还是对于JPEG编码器的芯片设计都有一定的参考价值。