FPGA实现的JPEG压缩编码系统验证与研究

"这篇研究生学位论文探讨了基于FPGA实现的图像处理算法和JPEG压缩编码的研究与实现。在Altera公司的Cyclone FPGA芯片上，设计了一个包括图像采集控制、图像处理和JPEG压缩编码标准的基本系统。使用Verilog硬件描述语言，通过RedLogic的RVDK开发板以及QUARTUS 26.0和MODELSIM SE6.1B环境完成了设计和仿真验证。数据采集部分涉及图像信号数字化、有效数据提取和存储。图像处理部分实现了直方图均衡化、中值滤波和边缘检测。压缩编码部分遵循JPEG顺序编码模式，包括DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、DPCM编码、RLC编码和霍夫曼编码。最后，使用8×8像素的图像数据块进行了系统验证。关键词包括FPGA、图像处理、直方图均衡化、中值滤波、边缘检测、DCT变换和霍夫曼编码。" 在本文中，作者深入研究了如何在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上实现图像处理和压缩编码，特别是针对JPEG（Joint Photographic Experts Group）标准。首先，作者讨论了数据采集阶段，该阶段涉及将模拟摄像机捕获的图像信号转换为数字信号，通过SAA7113芯片完成数字化，并由FPGA进行初始化设置和控制，处理后的数据会被存储在内存中。 接着，论文介绍了图像处理部分，重点实现了三种算法：直方图均衡化用于改善图像的对比度，中值滤波用于去除噪声，而边缘检测则用于识别图像中的边界。这些算法的选择考虑到了实时性和计算复杂度，以满足实时图像处理的要求。 在JPEG压缩编码方面，作者按照基本系统顺序编码模式，实现了多个关键步骤。包括离散余弦变换（DCT），用于将图像数据转换为频率域；量化，减少数据量而不显著影响图像质量；Zig-Zag扫描，有序排列系数以便于编码；DPCM编码处理直流系数，RLC编码处理交流系数，以压缩数据流；最后，采用霍夫曼编码进行进一步的高效压缩。所有这些步骤都在FPGA上实现，以确保硬件级别的快速处理能力。 论文的实验部分使用了一个8×8像素的图像数据块进行系统验证，证明了整个系统的功能正确性和压缩性能。这一研究对于提高如“机车车辆轮对动态检测装置”这类设备的性能具有重要意义，同时也展示了FPGA在图像处理和压缩编码应用中的潜力。