基于Blackfin DSP的嵌入式图像采集终端的设计与研究

论文摘要

近些年来,随着人们对图像质量要求的不断提高,以及图像压缩技术和信号处理技术的不断发展,经过压缩处理后的图像数据大大降低了数据总量和所需的传输带宽,使其高清晰度的图像数据能够在普通的通信系统中方便地传输,大大扩展了图像采集等相关系统的应用场合,例如对无人值守移动基站的监控、远程指纹识别系统等。论文首先分析了当前图像压缩编码技术和嵌入式系统应用技术的现状和发展状况,进行了系统方案比较分析,最终利用嵌入式系统实现JPEG静态图像压缩编码,结合无线传输,完成了高清晰静态图像采集终端可行性方案设计与研究。论文简要介绍了数字压缩技术和基本方式等相关知识,着重对JPEG静态图像压缩编码的基本原理、实现流程和相关关键技术进行了详细分析。在通过比较分析各种设计方案的基础上,选定ADI公司Blackfin 533 DSP作为系统核心处理器,并以此为核心,对系统硬件电路进行了总体设计,详细介绍了主处理器模块,图像采集模块,存储器模块和无线传输模块以及相关外部电路的硬件接口等,并简要介绍了硬件设计中电路板设计要求。然后在uClinux嵌入式操作系统基础上,进行了uClinux内核移植、OV9650图像传感器驱动程序、JPEG算法优化、无线传输程序等相关系统软件设计。整个系统设计具有结构简单,功耗低,体积小,可扩展能力强等特点。最后系统测试部分详细介绍了测试流程和测试方法,经过测试得到优化前后系统时钟数,通过比较可以得出每个DCT变换效率得到了提高,进而系统整体性能得到了改善,并且通过在PC机上解码接收到的码流,得到采用不同量化矩阵压缩的图像效果图。文章最后对系统总体设计过程进行了归纳和总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 图像编码技术发展状况
• 1.3 系统方案比较
• 1.4 研究目标
• 1.5 本论文内容和安排
• 第2章 JPEG 压缩编码原理
• 2.1 数字压缩技术概述
• 2.2 数字压缩的基本方式
• 2.3 JPEG 静态图像压缩编码
• 2.3.1 分块及预处理
• 2.3.2 变换编码
• 2.3.3 量化
• 2.3.4 差值预测编码和zigzag 扫描
• 2.3.5 熵编码
• 2.3.6 JPEG 压缩后数据格式
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 系统硬件总体设计
• 3.2 核心处理器模块
• 3.2.1 处理器选型方案
• 3.2.2 主处理器模块设计
• 3.3 图像采集模块
• 3.3.1 图像传感器概述
• 3.3.2 选型分析
• 3.3.3 传感器接口设计
• 3.3.4 传感器电源设计
• 3.4 存储器模块
• 3.5 无线传输模块
• 3.6 电路板设计要求
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 总体设计流程
• 4.2 系统软件开发环境
• 4.2.1 BF533 启动过程
• 4.2.2 U-boot 的编译
• 4.2.3 U-boot 的下载和运行
• 4.2.4 uClinux 系统
• 4.2.5 uClinux 发行包的编译
• 4.2.6 uClinux 内核下载及启动
• 4.2.7 交叉编译工具链的使用
• 4.3 图像采集程序设计
• 4.3.1 图像传感器初始化程序设计
• 4.3.2 图像获取程序设计
• 4.3.3 图像传输优化设计
• 4.4 JPEG 图像压缩编码优化设计
• 4.5 无线传输程序设计
• 第5章 系统测试
• 5.1 调试方案
• 5.2 测试流程
• 5.3 测试方法
• 5.4 测试结果
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 无线传输模块电路图
• 附录C 部分程序代码