系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)主要由n臺(tái)PC基站、m×n臺(tái)手持移動(dòng)終端(每臺(tái)PC基站負(fù)責(zé)m臺(tái)手持移動(dòng)終端)組成。其中PC基站以USB2.0為核心，通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)手持移動(dòng)終端與基站的高速通信。手持移動(dòng)終端以TMS320VC5402為核心實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，以TMS320C6713為處理器實(shí)現(xiàn)JPEG2000圖像編碼算法。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)采用類似于PC104的棧式結(jié)構(gòu)，主要由LM9627攝像頭、圖像處理子板和系統(tǒng)控制主板三個(gè)部分組成。LM9627模塊設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)把攝像頭作為單獨(dú)的一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，主要包括模擬部分、數(shù)據(jù)接口和控制接口三個(gè)部分。其中J2為數(shù)據(jù)接口，連接到圖像處理子板的FPGA上；J1為控制接口，連接到系統(tǒng)控制主板上。圖像處理子板圖像處理子板由采集控制協(xié)處理器FPGA、C6713和兩片“乒乓”工作的SRAM組成。兩片視頻采集FPGA芯片EP1C6Q240分別采集奇數(shù)幀和偶數(shù)幀(每幀包含奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng))圖像，每個(gè)FPGA對(duì)LM9627的視頻流進(jìn)行格式分析，將相應(yīng)的RGB分量轉(zhuǎn)換為YUV分量，并以4:1:1的格式存儲(chǔ)在SRAM內(nèi)。兩片SRAM以“乒乓”的方式工作，即同一時(shí)刻一片用于采集視頻圖像，另一片用做DSP的圖像緩沖區(qū)。兩片C6713實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的JPEG2000壓縮算法。為了后續(xù)的擴(kuò)展，使得C6713能夠處理更大尺寸的圖像，每片DSP擴(kuò)展16MB的SDRAM，SDRAM以100MHz的頻率工作，滿足圖像壓縮過(guò)程中大量數(shù)據(jù)交換的要求。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

系統(tǒng)控制主板

系統(tǒng)控制主板以DSP C5402為核心處理器，主要負(fù)責(zé)三個(gè)任務(wù)：通過(guò) 控制LM9627攝像頭；讓多塊圖像處理子板協(xié)調(diào)工作，通過(guò)MailBox—FIFO讀取它們的壓縮結(jié)果；將讀取的壓縮結(jié)果按照藍(lán)牙協(xié)議發(fā)送到PC基站。為了滿足高的數(shù)據(jù)交換速度，主處理器TMS320VC5402以100MHz工作，一邊通過(guò)MailBox—FIFO讀取壓縮結(jié)果，一邊將讀取的壓縮結(jié)果按照藍(lán)牙協(xié)議發(fā)送到PC基站，從而實(shí)現(xiàn)JPEG2000的實(shí)時(shí)壓縮與解碼顯示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖像采集軟件設(shè)計(jì)為了讓系統(tǒng)做到實(shí)時(shí)，可通過(guò)LM9627的I2C控制總線讓它工作在隔行掃描方式，則輸出640×480分辨率的圖像數(shù)據(jù)。而場(chǎng)頻，則：幀頻 (隔行掃描)，行頻。本文采用Verilog HDL語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了LM9627的實(shí)時(shí)圖像采集。C6713上JPEG2000算法設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的JPEG2000編碼算法在C6713上的開(kāi)發(fā)包括兩個(gè)階段。

算法實(shí)現(xiàn)第一階段：

用C語(yǔ)言模擬DSP的JPEG2000算法，以判斷代碼的正確性，驗(yàn)證JPEG2000算法的復(fù)雜度、可靠性，以及JPEG2000自身的壓縮性能。本系統(tǒng)的JPEG2000編碼器包括小波變換(wavelet)、熵編碼(MQenc)、碼率控制和打包(rateallocation)三個(gè)主要模塊。LM9627輸出為RGB，把它轉(zhuǎn)化為Y:U:V=4:1:1的視頻數(shù)據(jù)流，分別對(duì)三個(gè)分量進(jìn)行DC位移、小波變換、熵編碼，然后將三個(gè)分量所有碼塊的編碼流根據(jù)碼率控制要求進(jìn)行分層組織，其中包括碼流截?cái)嗖僮鳎幋a器的輸出即是打包后的分層位流。進(jìn)行DC電平位移(預(yù)處理)的目的是為了在解碼時(shí)能夠從有符號(hào)的數(shù)值中正確恢復(fù)重構(gòu)無(wú)符號(hào)采樣值。傳統(tǒng)小波變換的運(yùn)算量相當(dāng)大，而且往往將8位圖像數(shù)據(jù)變換為浮點(diǎn)型，在編碼中引入量化失真，不利于圖像數(shù)據(jù)的無(wú)損壓縮，因此JPEG2000主要采用基于UMDFB(抽2取1濾波器組)提升小波算法。其優(yōu)點(diǎn)在于速度快、運(yùn)算復(fù)雜度低、所需的存儲(chǔ)空間少，而且得到的小波系數(shù)與使用傳統(tǒng)小波變換得到的結(jié)果相同。

JPEG2000選用兩種濾波器：LeGall5/3濾波器和Daubechies9/7濾波器�？紤]到本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求以及無(wú)損壓縮需求，選用5/3小波運(yùn)算。當(dāng)小波分解級(jí)數(shù)提高的時(shí)候分解系數(shù)的能量更為集中，但小波分解級(jí)數(shù)的提高會(huì)使編碼效率有所下降，對(duì)于本系統(tǒng)，4CIF(704×576)分辨率采樣圖像進(jìn)行5級(jí)小波分解，CIF(352×288)圖像進(jìn)行4級(jí)小波分解就足夠了。由于采用整型模式運(yùn)算，所有的量化步長(zhǎng)均被置為1，即量化過(guò)程可以忽略。多分辨率支持可通過(guò)小波變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，多失真度支持則可通過(guò)熵編碼來(lái)解決。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)主要由n臺(tái)PC基站、m×n臺(tái)手持移動(dòng)終端(每臺(tái)PC基站負(fù)責(zé)m臺(tái)手持移動(dòng)終端)組成。其中PC基站以USB2.0為核心，通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)手持移動(dòng)終端與基站的高速通信。手持移動(dòng)終端以TMS320VC5402為核心實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，以TMS320C6713為處理器實(shí)現(xiàn)JPEG2000圖像編碼算法。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)采用類似于PC104的棧式結(jié)構(gòu)，主要由LM9627攝像頭、圖像處理子板和系統(tǒng)控制主板三個(gè)部分組成。LM9627模塊設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)把攝像頭作為單獨(dú)的一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，主要包括模擬部分、數(shù)據(jù)接口和控制接口三個(gè)部分。其中J2為數(shù)據(jù)接口，連接到圖像處理子板的FPGA上；J1為控制接口，連接到系統(tǒng)控制主板上。圖像處理子板圖像處理子板由采集控制協(xié)處理器FPGA、C6713和兩片“乒乓”工作的SRAM組成。兩片視頻采集FPGA芯片EP1C6Q240分別采集奇數(shù)幀和偶數(shù)幀(每幀包含奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng))圖像，每個(gè)FPGA對(duì)LM9627的