用VerilogHDL实现基本JPEG编码器主体电路

论文摘要

随着微电子技术的快速发展,数字图像编解码芯片设计技术在众多领域有着广泛应用,其中静态图像编解码芯片成为研究的热点之一;静态图像压缩标准（JPEG）内部采用了被认为最有效压缩技术的离散余弦变换（DCT）,同时该标准也被认为最好的压缩图片方法。本文主要利用VerilogHDL来设计实现、仿真JPEG编码器芯片主体逻辑电路模块,包括2D-DCT、量化、熵编码和数据打包封装模块。论文主要工作为对集成电路设计常用技巧做了概述,说明了JPEG编码标准和图像处理基础,文中选用了目前需要乘法单元数目最少的DCT算法,采用自顶向下（Top-Down）的设计方法规划了流水线结构,其中为DCT算法量身设计了专用乘法器,采用并行输入方式实现流水和RAM转置结构;为了达到更好的压缩效果设计了Z字形扫描模块（Zig-Zag）,使得DCT变换后的交流系数重新排序;最后使用查找表方式完成Huffman熵编码运算,在输出端还实现了简洁清晰的数据打包封装（Packer）模块,同时对整个内部单元做了改进和优化,综合应用设计技巧提高处理速度;分别使用Modelsim仿真工具和Synplify pro综合工具对设计进行仿真和综合,在文中给出了仿真和综合后的RTL或门级图谱,由仿真图可知整个设计符合要求。该JPEG主体逻辑电路设计整体或其功能单元在其他系统中可以参考,能够广泛使用于数字相机、摄像机和安防设备等各种消费类电子产品中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 发展情况和研究现状
• 1.3 本文相关工作
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 集成电路设计基础
• 2.1 集成电路设计流程
• 2.1.1 系统设计流程
• 2.1.2 可编程（专用）集成电路设计流程
• 2.2 设计语言、软件和工具
• 2.2.1 硬件描述语言
• 2.2.2 设计中软件和工具
• 2.2.3 可编程相关知识
• 2.3 电路设计技巧
• 2.3.1 同步设计
• 2.3.2 总线争抢
• 2.3.3 阻塞和非阻塞赋值
• 2.3.4 多时钟域处理和时钟切换
• 2.3.5 可综合设计和设计测试
• 第3章 图像处理及JPEG编码知识
• 3.1 图像处理基础知识
• 3.1.1 图像获取和表达
• 3.1.2 图像数字化
• 3.1.3数字图像描述
• 3.1.4 图像质量评价和图像格式
• 3.2 JPEG压缩方法
• 3.2.1 彩色空间转换
• 3.2.2 离散余弦变换（DCT）
• 3.2.3 量化
• 3.2.4 编码模式
• 3.2.5 JPEG文件格式
• 第4章 编码器主体模块实现
• 4.1 主体结构设计思想
• 4.2 二维离散余弦变换（2D-DCT）实现
• 4.2.1 AA&N算法描述
• 4.2.2 DCT硬件实现
• 4.3 量化
• 4.4 ZIG-ZAG扫描模块
• 4.5 无失真变长编码（VLC）模块
• 4.5.1 DPCM模块设计
• 4.5.2 RLC模块设计
• 4.5.3 分类对应模块
• 4.5.4 Huffman编码模块
• 4.6 数据打包模块
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录