FPGA实现JPEG编解码在水声图像压缩中的应用研究

"FPGA在图像压缩领域的应用，特别是在JPEG编解码上的实现，通过Verilog HDL语言在Quartus II软件中设计完成。" 在图像处理和通信领域，FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其可重配置性和高速处理能力而被广泛应用于图像压缩。本篇硕士论文主要探讨了FPGA在JPEG（Joint Photographic Experts Group）图像压缩标准中的应用，JPEG是一种广泛使用的静态图像压缩标准，尤其适用于大数据量的图像数据处理。 JPEG压缩标准基于离散余弦变换（DCT），其核心是将图像数据转换为频域表示，从而可以去除图像中的冗余信息。在论文中，作者详细介绍了JPEG编码的基本原理，包括DCT变换、量化、熵编码（如哈夫曼编码）等步骤。对于2D DCT变换，采用行列分离的快速算法来提高计算效率。考虑到水声图像的特点，论文中特别采取了D.C.系数的直接编码策略，以优化压缩性能。 在FPGA实现部分，论文使用Verilog HDL语言在Altera的Quartus II开发环境中设计了JPEG编码器和解码器。编码器按照JPEG的编码流程进行模块化设计，包括预处理、DCT、量化、熵编码等模块。解码器则采用了与编码器对称的模块结构，使用了相同的2D IDCT快速算法，同时哈夫曼解码部分采用了浓缩哈夫曼表法，以减少存储需求并提升解码速度。 通过实际的水声图像作为输入，对编码器产生的码流进行软件解码后，成功地重建了JPEG图像，并对压缩图像的质量进行了分析。实验结果表明，该设计能够满足对水声图像压缩的需求，有效地平衡了压缩效率和图像质量。 关键词：JPEG，FPGA，Verilog HDL，哈夫曼编解码 这篇论文的工作为FPGA在图像压缩领域的应用提供了新的实践案例，特别是在水声图像处理方面，展示了FPGA在高速实时图像压缩解压缩中的潜力。这一研究成果对于进一步提升水声图像处理系统的性能和降低系统成本具有重要意义。