遥测图像压缩系统的设计与实现

2011-08-11张海江

通信技术 2011年10期

张海江

（①辽宁葫芦岛92941部队91分队，辽宁葫芦岛 125001；②辽宁沈阳东北大学，辽宁沈阳 110004）

0 引言

随着遥测技术的迅速发展，遥测数据量日益庞大，从存储和传输等方面来说都需要对其进行压缩。然而，传统的图象压缩算法都无法取得理想的压缩效果，使得遥测图象数据的压缩成为遥测技术发展的一个重要瓶颈。近几年发展迅速的基于小波的JPEG2000压缩算法要明显优于传统的编码方法，可以很好的满足遥测图象压缩“高保真、高压缩比”的要求。基于此，本文设计了一种基于JPEG2000的遥测图像压缩系统，图1为JPEG2000的基本系统[3]。

1 JPEG2000的实现

基于JPEG2000图象压缩实现方式多种多样，有的在PC上通过软件实现，有的基于FPGA、DSP等硬件实现，还有的基于专用集成芯片来实现。软件实现的方法明显不适合本设计应用，而基于FPGA、DSP的硬件实现方式，虽然可以实现较高的速处理速度，但由于JPEG2000压缩算法比较复杂，开发难度大，如若自己开发所有内容，无疑会增加系统开发时间，而购买现成算法虽然可以减少开发时间，但是成熟的商品算法都非常昂贵，设计成本将会成倍的增加，现阶段基于硬件实现的大多是运算量相对较小，实现起来比较容易的部分。而完整的JPEG2000标准的实现较少。而基于专业芯片的实现方式，技术成熟，可靠性能高，在稳定性上有较好的保证，系统开发周期较短。现今，能够实现JPEG2000标准的专业芯片很少，其中AD公司生产的ADV212实现效果较好,而且有很好的压缩性能和操作性，综合考虑设计采用ADV212实现图像数据的压缩[6]。

图1 JPEG2000的基本系统

2 系统总体设计

2.1 系统结构框

系统主要功能实现图像数据的采集、存储、压缩和与下游设备的通信，其实现的结构如图2所示。

图2 系统结构

图像采集模块负责图像数据的获取，主要功能是将摄像头输入的模拟视频图像转换数字格式的数据进行输出，主要包括CCD摄像头、ADV7181视频图像解码芯片和27 MHz的时钟；图像压缩模块主要负责对图像采集模块输出的数字图像数据按JPEG2000标准进行压缩，并输出压缩后的数据，主要通过ADV212芯片来实现；FPGA逻辑控制模块负责各个芯片之间的时序匹配以及各芯片工作模式和某些工作参数的初始化配置，同时协调系统与下游设备的数据传输接口，本次设计采用的是Altera公司的一片EP2C35F484芯片；Flash采用大容量器件对图像数据进行备份，设计中采用的是三星公司的一片1GB容量的K9K8G08U0A芯片；数据传输模块负责将压缩后的图像数据通过USB接口传送到PC和LVDS接口下发给下游设备，USB2.0的实现采用的是CY7C68013，LVDS采用的是MAX9218。

2.2 系统工作原理

ADV7181芯片在完成初始化配置后，自对动输入的模拟视频信号进行识别，经过A/D变换器采集后输出标准的8-bit ITU-R BT.656 YCbCr4:2:2格式的数字视频图像数据，ADV7181数据输出时序如图3所示。ADV212可以与ADV7181无缝连接，可直接将其输出的图像数据压缩然后输出给Flash控制器和MAX9218。

图3 ADV7181数据输出时序

在本设计中，ADV212由于要实时压缩图像数据，输入/输出数据量大，使用VDATA接口作为图像数据输入口，使用HDATA接口作为压缩数据的输出口,以提高其数据吞吐率。VDATA总线宽度取8位，HDATA总线宽度为16位。设计系统中采用ADV212的外部DMA模式，系统控制模块直接对ADV212内部码FIFO进行操作不与ADV212之间进行交互，程序设计简单容易实现。

系统控制模块在整个工作过程中将压缩数据通过LVDS下发给下游设备的同时将数据存储到Flash中。在完成工作后，如果需要可通过USB2.0接口将Flash中的数据读出与下游设备接收到的图像数据进行比较。