PNG Decoder硬件加速器的设计

论文摘要

PNG（Portable Network Graphics）是一种算法公开的无损压缩图片格式。它具有高压缩率，能把图像文件压缩到极限以利于网络传输，但又能保留所有与图像品质有关的信息，同时支持透明图像，色彩丰富。由于它的众多优点，特别适合在网页和OSD方面，并且已经得到了广泛的应用。本文对PNG图像解码过程进行了深入的研究。首先，对PNG图像中的数据要素和数据的组织形式进行说明，同时对PNG编码器的工作过程中涉及的几个主要步骤作了简要的阐述，形成了完善的关于PNG的基础知识；其次对PNG图像解码过程中使用的两种无损压缩算法的原理以及两种压缩算法协同使用时PNG技术文档所做的修改进行了详细的分析和说明，并针对两种算法提出了几种适合硬件设计结构；然后根据对解码过程的研究，制定了PNG解码器的硬件设计方案和验证方案。对PNG解码器进行模块划分并描述主要模块的端口及状态跳转图，使用Verilog HDL语言实现PNG解码器的硬件结构。验证中使用PNG官方提供的测试图片库PngSuite中的图片作为测试用例，结果显示本设计能够正确无误地解码出来该库中的图片的原始像素阵列；最后根据研究中遇到的问题，提出了下一步的改进措施和研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 PNG 的历史和发展
• 1.2 课题的背景及研究意义
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 第二章 PNG 图像格式
• 2.1 PNG 图像的数据要素
• 2.1.1 PNG 图像类型
• 2.1.2 色彩类型（color type）
• 2.1.3 位深度和采样深度
• 2.2 PNG 图像中的数据组织形式
• 2.2.1 图像标识符（PNG signature）
• 2.2.2 数据块（chunk）
• 2.3 PNG Encoder 的基础知识
• 2.3.1 pass extraction
• 2.3.2 Scanline serilization
• 2.3.3 filtering
• 2.3.4 compression
• 2.3.4.1 直接存储方式（stored）
• 2.3.4.2 固定霍夫曼码方式（fixed-huffman-code）
• 2.3.4.3 动态霍夫曼码方式（dynamic-huffman-code）
• 2.3.5 chunking
• 2.4 本章小结
• 第三章 PNG Decoder 的原理分析
• 3.1 LZ77 压缩算法
• 3.2 霍夫曼编码压缩算法
• 3.3 两种压缩算法的协同使用
• 3.4 两种压缩算法的硬件设计方案
• 3.4.1 LZ77 的硬件设计方案
• 3.4.2 霍夫曼编码压缩算法的硬件设计方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 PNG Decoder 的硬件实现
• 4.1 PNG Decoder 的硬件体系结构
• 4.2 Decoder 模块的设计
• chunk_handler 模块'>4.2.1 png_chunk_handler 模块
• huffman 模块'>4.2.2 png_huffman 模块
• 4.2.2.1 needbits 模块
• stored 模块'>4.2.2.2 inflate_stored 模块
• fixed 模块'>4.2.2.3 inflate_fixed 模块
• dynamic 模块'>4.2.2.4 inflate_dynamic 模块
• codes 模块'>4.2.2.5 inflate_codes 模块
• 4.2.2.6 其它模块
• lz77 模块'>4.2.3 png_lz77 模块
• 4.2.4 其他模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 验证方案设计和结果分析
• 5.1 功能验证流程
• 5.2 功能仿真的设计和结果
• 5.2.1 测试平台的搭建
• 5.2.2 测试用例
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所做的工作