应用研究
基于FPGA的 JPEG解码器的研究与实现
王丽霞
(北京信息科技大学北京100192)
数字执本与质用
摘要着境代科技和多媒体技术的发展,对数字图像的传输和存储需求越来越多，达对存储设备容量和网络的带宽提出了极大的提战,而作为静态图像压缩国际标准的JEPG(JointPhotographicExperts Group,国其压端率高、失真小等特点，已在四际上取得了广泛的应用。FPGA技术内部的逻辑资源本富，它的适用范图很广，不仅可以通过借助硬件设备实见其各种各样的功能，电可以单驶使用来设计专用集成电路，其流水线结构更加遗含PEG 算法的大数量的处理,国此将二者结合大大增加了该算法的实时性。
关键词:JPEG FPGA解码
中图分类号:TN919 1JPEG图像压缩标准
文献标识码:A
JPEG标准制定于1986年，主要由国际标准化组织下属的联合图片专家组(JointPhotographicExpertGroup)参与制定，并且在1991年前后，制定完成了全世界第一个静止图像压缩编码的国际标准，它的全称是“连续色调静止图像数字压缩编码”，目前为止，这个组织一共制定了三个静止图像编码标准，分别为JPEG，JPEGLS、 JPEG2000
JPEG是"Joint Photographic ExpertsGroup的缩写，意思为联合图像专家组，是一种静态图像压缩的标准算法，已经获得国际上的认可。JPEG标准适用于各种连续色调类型的图片，JPEG基本都采用了基于离散余弦变换的有损压缩，固此具有很高的压缩比，它的压缩率通常可以达到10：1到40：1之间。压缩后的图片与原始图像相比，儿乎做到无失真的还原，即使有细微的差别，人眼也很难分辨出来。近年来，JPEG图像压缩标准已经广泛的应用于多媒体和互联网领域中，在网络上，我们可以看到大部分图片都采用了g的格式，在众多压缩标准中，JPEG无疑是应用最为广泛的。据多媒体相关人员分析，在同样画质的情况下，只有压缩效率能达到JPEG标准的二倍以上，才有可能超越JPEG标准，成为新的静态图像压缩标准，也
才具有更大的实际运用价值。 2FPGA技术
FPGA技术因为其开发周期短、成本低、实用性强等特点，越来越多的吸引了多媒体界人士的眼球，具有巨大的市场吸引力，特别是对于小批量、多品种的产品开发，FPGA技术成为其首选。近年来，随着大规模实时可编程逻辑器件的发展，FPGA技术的主要发展方向进人了“片上可编程系统”的新纪元，多媒体界都跟随潮流，为满足广大人民的需求，都在积极扩充其数据库，从而扩大市场，其中量值得一提的是，通过在FPGA技术方面大量的资金投人和研究，开拓了动态可重构技术，这一技术将推动数字系统设计观念发生巨大的转变。
FPGA技术内部的逻辑资源丰富，它的适用范围很广，不仅可以通过借助硬件设备实现其各种各样的功能，也可以单独使用来设计专用集成电路，不仅如此，FPGA还可以像软件一样实时地修改其功能，只要资源投入足够，FPGA可以实现任何芯片的功能，成为专用的集成芯片。
3JPEG解码器的设计与实现
JPEG解码器主要采用自上而下的方法进行设计，划分的模块分别为读人码流模块，摘解码模块、反量化模块，IDCT模块等几个收移日期：2016-09-27
文章编号：1007-9416(2016)11-0098-0)
部分模块划分完成以后，逐一对每个模块进行单独的设计，最后将各模块整合在一起，完成整个模块的设计。设计本解码器的宗旨就是除了为研究出能呈现更高质量图像的同时，能够将算法简单化，并且更具有实时可操作性，所以为了能找到一种能快速判断码长的算法，我们基于Huffman码字本身的特点和标准，我们提出了码字分级结构，根据该结构我们可以快速的找到我们所需的解码的算法，在IDCT模块设计采用了行列分解的快速算法，因为彩色空间变换本身并不包括在JPEG解码器中，所以本解码器的模块设计别除了色彩空间转换部分。
压缩数据通过传输流到达读人码流模块，数据经过读人码流模块的处理后，传输给摘解码模块，与此同时数据还会整合成Huffman 码表、量化表分别传输给摘解码和反量化模块，数据在摘解码中经过图像编码解码处理后，传输到下一个模块反量化与反Zig一Zag模块，反量化与反Zig-Zag模块对筛解码后的数据结合量化表进行处理和排序后输出给IDCT模块，最终IDCT模块输出解码数据，在此次基于FPGA的JPEG解码算法的研究与实现中，我们采用自上而下的设计方法的一个好处就是可以分模块的设计和仿真，做到每一个模块都没有问题，才综合成为一个大的系统，这样有利于修改和增强系统的可移植性，并且充分利用了FPGA流水线的结构，加快了数
据的处理，增强了该解码器的实时性。 4结语
在这样一个科技发展快速的社会，随着人们对图像的高需求，数字相机的更新频赖率也越来越高，图片的失真率越小，那么所占用的内存就越来越大，所以在减少图像内存方面，图像压缩算法是个很有前景的研究领域，图像、视频等的高质量压缩已成为众多媒体技术的核心，如果在这方面我们取得了重大突破，将很大程度的提高我国在高科技领城方面的国际竞争力。在本课题的研究中，通过对JPEG图片压缩理论和基于FPGA的开发技术的学习和研究，最
终实现了基于FPGA的JPEG解码算法的设计。参考文献
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[2]朴圣龙.基于FPGA的JPEG图像压缔算法实现[D].哈尔滨工程大学2013.
[3]赵伟.基于FPGA的JPEG编码算法优化及实现[D].式汶理工大学， 2013.
校内科研基金项目：基于SOPC技术的JPEG图像压缩研究与实现,本文受北京信息科技大学基金项目资助，
作者简介：王丽霞(1977一),女,内蒙古鄂尔多新人,讲师,项士,毕业于内蒙古工业大学,现就职于北京信息科技大学,研究方向：检测与自动化。万方数据