一种基于DSP的视频图像压缩系统的设计

　　1 引言

　　图像的数字化表示使得图像信号可以高质量传输，并便于图像的检索、分析、处理和存储。但是数字图像的表示需要大量的数据，必须进行数据压缩。即使采用多种方法对图像数据进行了压缩，其数据量仍然巨大，对传输介质、传输方法和存储介质的要求较高。因此，作为数字图像处理的关键技术之一，对图像压缩编码技术的研究显得尤为有意义。

　　在嵌入式微处理器中，DSP以其算法密集性著称，特别适合复杂算法处理的应用。而在数字视频图像处理系统中需要用到对图像的实时分析、压缩、解压等大量的处理运算，利用DSP作为其嵌入式平台，可以发挥其性能优势，实时满足图像处理需要。

　　2 静止图像的国际压缩编码标准JPEG

　　JPEG(Joint Photographic Experts Group)是国际标准化组织(ISO)在1991年提出，作为面向连续色调(包括灰色和彩色)静止图像的编码标准。JPEG算法定义了4种运行模式：

　　①基于DCT顺序型模式。按照从左到右、从上到下对图像进行扫描和编码，称为基本系统。

　　②基于DCT递增模式。指对一幅图像按照从粗到细进行编码，适合于传输时间长、用户喜欢图像从粗糙到清晰的应用场合。

　　③无失真编码模式。可保证重建图像与原始图像完全相同。

　　④分层编码。以各种分辨率对图像进行编码，按照不同的应用要求，可以获得不同分辨率或不同质量的图像。本系统采用基本系统模式。图1和图2分别是JPEG的编码和解码方框图。

　　3 硬件系统设计

　　本系统设计的便携式图像压缩板能直接挂在摄像头的视频输出端，在现场对全电视信号进行采集、变换和编码，再以USB方式将处理后的图像数据传给微型计算机。系统原理框图如图3所示，以TI公司的TMS320VC5402数字信号处理器为核心，包括视频采集电路、扩展存储器、扩展输出端口、SAA7110控制电路、电平转换电路以及USB电路等。

　　系统中TMS320VC5402为中央处理器：SRAM为DSP片外扩展数据存储器;EPROM为脱机工作时的程序存储器，用于存储系统的引导程序和其他应用程序;帧存储器用于存储采集到的原始图像以及算法处理的中间结果;摄像头及图像A/D部分负责拍摄环境图像并转换为数字信号存入帧存储器;地址译码、图像采集系统控制电路产生本系统各部分的地址译码信号，使之映射到不同的地址区域，并控制图像A/D转换器进行图像采集。

　　3.1 视频采集电路设计

　　视频信号的采集电路很多，其基本工作方法可分为两种：独立采集法和处理器采集法。前者采用专用图像采集器件，自动完成图像采集、存储器地址生成以及图像数据的存储和刷新，除了对采集模式进行设定外，处理器不参与采集过程，这种方法的特点是采集过程不占用CPU的时间、实时性好、适合活动图像的采集，但电路较复杂，成本较低。而后者采用普通视频A/D转换器和帧存储器实现图像的采集。整个采集过程在CPU的控制下完成，由CPU启动A/D转换、读取A/D转换数据、将数据存入帧存储器等，其特点是占用CPU的时间、实时性差，不适合视频图像的实时采集，但电路简单、成本低。本系统采用第一种方案，即采集电路由专用图像采集器件SAA7110和相应的外接电路等组成。