目前,視頻在實時處理方面的應用越來越廣泛,例如視頻會議,視頻直播,視頻電話等。HDMI接口是目前使用最廣泛的視頻接口,可以傳輸超高清視頻,具有音視頻同時傳輸、傳輸速度高等優(yōu)點。隨著圖像質量的提高,需要傳輸?shù)臄?shù)據量越來越大,圖像壓縮技術也得到了快速發(fā)展,本課題基于FPGA對HDMI傳輸?shù)囊曨l圖像進行了實時壓縮的研究。首先,針對視頻傳輸?shù)膶崟r性要求,設計了一種改進型的小波變換壓縮算法。該算法中將圖像分塊處理,對每塊單獨進行壓縮,采用三級9/7小波變換,對小波變換后的系數(shù)進行改進的SPIHT編碼。在改進的SPIHT編碼中,高頻系數(shù)先經過舍棄低位無效數(shù)據的處理再進行閾值判決,減小了冗余,提高了壓縮效率。本設計中還實現(xiàn)了DCT變換壓縮算法。將改進后的小波變換壓縮算法與DCT變換壓縮算法的性能進行比較,實驗仿真結果說明改進的小波變換壓縮算法的壓縮圖片質量和壓縮比均高于DCT變換。其次,基于實時壓縮算法和FPGA設計了實時壓縮系統(tǒng),其中FPGA芯片選擇了Altera公司Cyclone IV系列的EP4CE6。系統(tǒng)將壓縮和解壓縮兩部分別在兩塊FPGA芯片上實現(xiàn)。整個系統(tǒng)分為FPGA控制模塊,SDRAM存儲模塊,HDMI視頻解碼模塊,VGA顯示模塊四個部分。FPGA芯片負責實現(xiàn)整個壓縮和解壓縮系統(tǒng)的控制和實現(xiàn)圖像的壓縮解壓算法,是系統(tǒng)的核心。HDMI視頻解碼模塊選用了ADI公司的HDMI解碼芯片ADV7611,利用STM32的IIC接口實現(xiàn)ADV7611的寄存器配置。SDRAM存儲設計中采用先圖像分塊再乒乓緩存的方式,相較于傳統(tǒng)實時圖像的幀緩存縮短了時間,再將分塊的圖像送入壓縮模塊處理。對解壓縮后的數(shù)據采用VGA接口進行顯示,VGA的控制芯片為ADV7123。通過分析DCT變換壓縮和小波變換壓縮兩個系統(tǒng)壓縮解壓縮的實驗數(shù)據,對比了兩種方法的延時、壓縮率和壓縮質量,證明兩種方法的壓縮系統(tǒng)均有良好的壓縮性能和實時性。
【學位單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;TN791
【部分圖文】：

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文102 (2 1)( , ) ( ) ( , ) cos2Mmn uX u n C u X m nMM = 102 (2 1)( , ) ( ) ( , ) cos2Nnn vY u v C v X u nNN = 要是使圖片數(shù)據由空間域轉換為頻域，并沒有壓縮的部分較大數(shù)據保存著重要信息，這部分數(shù)據在左上角 0。DCT 變換后進行量化，量化處理就是 DCT 變換系。量化步長的選擇是非常重要的，它決定了圖像的壓量化，其他較小系數(shù)粗量化，這樣就可以較少的影響化可以使用固定量化表或自適應量化，設計中根據 DC中數(shù)據的特點建立了一個量化表，如圖 3.2 所示。

g Peppers 原圖 h Peppers DCT 恢復圖片 i Peppers 小波恢復圖片圖 3.7 不同圖片下 DCT 壓縮和小波變換壓縮后的恢復圖片F(xiàn)ig. 3.7 Image restoration of DCT compression and wavelet transform under different images從圖 3.7 可以看出，兩種壓縮算法都沒有明顯的失真，但是小波變換壓縮算法在處理上要比 DCT 變換算法更好。接下來對兩種壓縮算法進行客觀評價，用PSNR評價壓縮質量，壓縮比來評價壓率。表 3.4 表示了 DCT 變換壓縮和小波變換壓縮的 值。表 3.4 兩種算法對不同圖像壓縮的 值Tab. 3.4 values of two algorithms for different image compression壓縮算法 Lena 圖(dB) Baboon圖(dB) Peppers 圖(dB) 平均值(dB)DCT 變換 28.459 28.106 27.830 28.132小波變換 30.705 29.990 30.254 30.316由表 3.4 可以看出 DCT 變換壓縮的 平均值為 28.132dB，小波變換壓縮平均值為 30.316 dB，小波變換壓縮的 值較高。表 3.5 表示了兩種算法對三幅測試圖片的壓縮比的值。

圖 4.4 Quartus II 界面圖Fig. 4.4 Quartus II Interface figureQuartus II 中包含很多工具，這些工具全面實現(xiàn)了 FPGA 開發(fā)流程中的各個步4.1 是各部分設計工具對應的功能。表 4.1 Quartus II 工具及功能Tab.4.1 Quartus II tools and functions工具 功能New Project Wizard 建立新工程，指定目標器件Text Editor 硬件描述語言代碼設計Assignment Editor、Pin Planner 指定初始設計約束Analysis &Synthesis 對設計進行綜合Fitter 對設計進行布局布線Power Play Power Analyzer 對設計進行功耗分析和計算Timing Analyzer 對設計進行時序分析
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 杜宗展;王振河;馮迎春;;基于FPGA的VGA圖像顯示系統(tǒng)的設計[J];現(xiàn)代電子技術;2015年16期

2 李波;何亮;;基于JPEG2000的視頻壓縮技術研究[J];成都大學學報(自然科學版);2015年02期

3 李其虎;文運豐;賈瑞才;肖嵩;;無人飛行器超低延時高速并行圖像壓縮系統(tǒng)[J];光學精密工程;2013年11期

4 蘇財貴;葉宇煌;蘇凱雄;;HDMI接口在H.264高清視頻編碼系統(tǒng)中的應用[J];電視技術;2012年21期

5 張艷艷;陳蘇婷;;基于FPGA的雷達視頻壓縮技術研究[J];自動化技術與應用;2012年06期

6 王剛;陳曉曙;;面向無線傳輸?shù)膶崟r視頻壓縮編碼系統(tǒng)設計[J];合肥工業(yè)大學學報(自然科學版);2011年12期

7 彭旭鋒;劉文怡;李金力;;基于DSP和FPGA的實時圖像壓縮系統(tǒng)設計[J];微型機與應用;2010年11期

8 楊海鋼;孫嘉斌;王慰;;FPGA器件設計技術發(fā)展綜述[J];電子與信息學報;2010年03期

9 張文濤;王瓊華;李大海;張映權;;實時視頻采集系統(tǒng)的SDRAM控制器設計[J];現(xiàn)代電子技術;2009年20期

10 于繼榮;;FPGA實現(xiàn)視頻壓縮相關問題探討[J];電腦知識與技術;2009年24期

相關博士學位論文 前1條

1 孫健;基于并行流水線結構的高速圖像壓縮技術研究[D];中國科學院研究生院（光電技術研究所）;2015年

相關碩士學位論文 前3條

1 肖婭;H.264視頻流實時傳輸系統(tǒng)的研究與應用[D];北京郵電大學;2008年

2 王笑然;基于DVI接口的視頻圖像壓縮編碼的FPGA設計[D];吉林大學;2006年

3 朱劍英;基于DCT變換的圖像編碼方法研究[D];南京理工大學;2004年

本文編號：2889084