FPGA驱动的图像处理与JPEG压缩：提升机车轮对检测性能

本研究论文深入探讨了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的图像处理算法以及压缩编码在实际应用中的研究与实现。作者以西南交通大学的研究生项目为背景，专注于“机车车辆轮对动态检测装置”的性能提升，选择Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片作为硬件平台。研究内容包括以下几个关键部分： 1. **绪论**：首先介绍了研究的背景和目标，即通过FPGA实现图像采集控制、处理算法和JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩编码，以提高设备的性能。 2. **数字图像处理技术简述**：这部分概述了图像处理的基础理论，强调了实时性和算法复杂度的重要性，为后续算法的选择和实现奠定了基础。 3. **图像数据采集与前期处理**：通过SAA7113芯片，论文详细描述了图像信号的数字化过程，包括信号捕获、有效数据提取、裁剪以及奇偶场图像数据合并成帧并存储的工作流程。 4. **FPGA实现的图像预处理算法**：针对实时需求，论文重点介绍了直方图均衡化、中值滤波和边缘检测这三种图像处理算法的硬件实现，优化了处理速度。 5. **JPEG压缩编码的FPGA实现**：在FPGA上按照JPEG标准的编码流程，实现了离散余弦变换（DCT）、量化、Zig-Zag扫描、直流系数PCM编码和交流系数RLC编码，以及霍夫曼编码等步骤。这部分展示了如何将复杂的编码算法转化为硬件可执行的任务。 6. **实验仿真与结果分析**：论文提供了软核设计的详细过程，包括使用Verilog硬件描述语言在Quartus II 26.0和ModelSim SE 6.1B环境下的设计与验证，以及实际图像数据块的测试结果，以验证系统的性能和有效性。 关键词：FPGA、图像处理、直方图均衡化、中值滤波、边缘检测、DCT变换、霍夫曼编码。整篇论文旨在展示如何利用FPGA技术优化图像处理流程，同时实现高效的数据压缩，对于理解和应用FPGA在图像处理领域的实践具有重要意义。