基于PowerPC的图像处理系统设计与验证

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随着多媒体技术和嵌入式产品的飞速发展,数字图象在生活中的应用也越来越广泛,由于图像文件尺寸庞大,需要存储和传输的数据容量也迅速增加。为解决日益增长的数据容量与网络传输带宽之间的矛盾,在图像数据存储和传输时必须对其进行压缩。JPEG标准因其算法相对简单、压缩率高、复原图像质量受损小等优点,在大多数领域得到了广泛的应用。因此,开发JPEG图像的解码系统意义重大。本论文在教研室现有的FPGA硬件平台基础上,首先搭建了基于PowerPC的最小SOC系统,并对其性能进行了软硬件验证;然后对现有的JPEG解码算法进行了深入研究;最后在SOC系统上实现了JPEG解码算法,主要工作包括但不限于以下几个方面:1,利用PowerPC软核,编写了符合PLB通信协议的外围电路模块,搭建了包括存储器在内的最小SOC系统,并利用EDA工具实现了系统的软件仿真验证和硬件FPGA原型验证。2,详细阐述了JPEG标准协议,对其编解码算法尤其是解码算法进行了重点研究,并对其中的关键算法Huffman解码和IDCT(离散余弦反变换)进行了优化和改进。3,在结合SOC系统特性和教研室现有EDA工具的基础上,选择使用C语言实现JPEG解码算法,并且利用Xilinx公司的EDK交叉编译工具实现了Linux环境下的软件仿真验证。4,利用Altera公司的Quartus II开发工具,在Stratix II系列FPGA芯片EP2S60F1020C4N上实现了JPEG解码算法的FPGA原型验证,实验得到的解码图像数据满足设计要求。
摘要第4-5页
ABSTRACT第5页
第一章 绪论第9-14页
    1.1 引言第9-10页
    1.2 本课题研究的现状与意义第10页
    1.3 基于PowerPC 的最小系统概述第10-11页
    1.4 JPEG 标准综述第11-13页
    1.5 论文的主要内容与章节安排第13-14页
第二章 JPEG 解码标准及其基本系统的算法简介第14-25页
    2.1 JPEG 编码过程第14-19页
        2.1.1 色彩的空间变换(Color Transform)第15页
        2.1.2 二维离散余弦变换(2D-DCT)第15-16页
        2.1.3 量化编码(Quantization)第16-17页
        2.1.4 “之”字形扫描(Zig-Zag Scan)第17-18页
        2.1.5 对直流系数(DC)和交流系数(AC)进行编码第18-19页
        2.1.6 熵变换编码(Entropy Coding)第19页
    2.2 JPEG 文件格式第19-20页
    2.3 JPEG 解码过程第20-25页
        2.3.1 标记段解码第20-21页
        2.3.2 霍夫曼解码第21-22页
        2.3.3 反“之”字形扫描和反量化第22-23页
        2.3.4 离散余弦反变换(IDCT)第23-24页
        2.3.5 后续处理第24-25页
第三章 基于POWERPC 的SOC 系统架构第25-44页
    3.1 最小系统的硬件介绍第25-26页
    3.2 PowerPC405 处理器第26-28页
    3.3 PLB 总线及其接口信号第28-36页
        3.3.1 PLB 特性第30-31页
        3.3.2 PLB 实现第31-32页
        3.3.3 PLB 传输协议第32-33页
        3.3.4 PLB 接口第33-36页
    3.4 基于PLB 总线的SRAM 控制器第36-40页
        3.4.1 基于PLB 总线的SRAM 控制器端口第38页
        3.4.2 基于PLB 总线的SRAM 控制器时序第38-39页
        3.4.3 基于PLB 总线的SRAM 控制器互连设计第39-40页
    3.5 SOC 系统的软硬件协同设计第40-42页
    3.6 SOC 系统的软件开发流程第42-43页
    3.7 SOC 系统验证第43-44页
第四章 基于POWERPC 的JPEG 解码算法实现第44-63页
    4.1 JPEG 解码程序的总体架构第44-46页
    4.2 读入码流模块的算法实现第46页
    4.3 熵解码模块的算法实现第46-53页
    4.4 反量化模块的算法实现第53-54页
    4.5 “之”字形反扫描模块的算法实现第54-55页
    4.6 离散余弦反变换模块的算法实现第55-60页
    4.7 内插模块的算法实现第60-62页
    4.8 颜色空间变换模块的算法实现第62-63页
第五章 JPEG 解码算法在SOC 系统中的实现验证第63-72页
    5.1 EDK 交叉编译环境第63-65页
    5.2 JPEG 解码算法的软件验证第65-67页
    5.3 JPEG 解码算法的FPGA 原型验证第67-72页
第六章 总结与展望第72-73页
    6.1 总结第72页
    6.2 展望第72-73页
致谢第73-74页
参考文献第74-76页
攻硕期间取得的成果第76-77页
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