（通信与信息系统专业论文）全数字无线视频通信系统的设计与实现研究.pdf

浙江工业大学 学位论文原剖性声瞬 本人郑重声明：所提交的学位论文魁本人在导师的指导下，独立进行 硬突工俸襞取褥的萋嚣究戒鬃。除文中已经秀叠戳标注弓l 用鹣走容终，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙 江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文豹研究作 出夔要贡献鳇个人秘集落，均己在文孛苏明确方式爨明。本入承缒本声翳 的法律责任。 髂繇够 瞵珂年雪胃矿鏊 学位论文版权使用授权采 本学位论文作者完全了解学校有关探留、使用学位论文的规定，同意 学校保整著蠢黧家有关部门残瓿稳送交论文静复窜纷程毫予叛，允许论文 被尝阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部威部分内 容缡入有关数据库进孳亍检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学整论文。 本学位论文属于 l 、保密曰，在年解密詹邋用本授权书。 2 、不傺密日。 ( 请在以上相应方概内打“”) 储签名：佻 导师签名：五训依i ”。 l 日期一晦岁月方日 日期：拟降s 月矿日 浙江i ：业人学硕十学何论文 全数字无线视频通信系统的设计与实现研究 摘要 论文从无线视频通信系统的发展入手，介绍了全数字无线视频通信系统的视 频信号采集及视频压缩编码技术的原理，重点介绍了视频压缩编码技术，阐明小 波算法在无线低码率信道视频压缩的优势，同时给出了小波视频压缩的硬件实现 方案及调试过程。 论文结合小波变换理论，以a d 公司的小波视频压缩芯片a d v 6 1 1 为核心，辅 以t i 公司的定点d s p t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 及a i t e r a 公司的c p l d e p m 7 1 2 8 等器件，制 作了块视频压缩电路板并编制了相应的软件。经过调试，该电路板实现了对视 频信号的小波变换编码，并获得了较好的图像效果。 论文共六章，第一章简单介绍全数字无线视频通信系统的发展现状，第二章 概括性介绍视频信号采集的设计。第三章着重介绍了各种视频压缩技术及标准， 分析了小波算法的理论、主要介绍了主芯片a d v 6 1 1 。第四章介绍了硬件实现方 案。第五章介绍了系统软件实现方案。第六章就今后系统的改进提出自己的几点 看法 关键词：多媒体，图像压缩，小波变换，a d v 6 1 1 ，0 v 7 6 2 0 ，t m s 3 2 0 c 5 4 1 6 浙江工蛾大学硕士学能论文 t h er e s e a r c ha n d d e s i g no ft h ed i g i t a lw i r e l e s sv i d e o c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s a b s t r a c t t h i st h e s i sp r o c e e d sw it hd e v e l o p m e n to ft h ew i r e l e s sv i d e o c o m m u n ic a t i o ns y s t e m ，r e c o m m e n d i n gt h ev i d e os i g n a l so fa 1 1d i g i t a l w i r e l e s sv i d e oc o m m u n i c a t i o ns y s t e m st ob eg a t h e r e da n dp r i n c i p l eo f c o m p r e s s i n gt h et e c h n o l o g yo ft h ec o d eo fv i d e o ，i n t r o d u c ev i d e o sa n d c o m p r e s st h et e c h n o l o g yo ft h ec o d ee s p e c i a l l y ，e x p o u n dw a v e l e t t r a n s f o r ma l g o r it h mi s i nt h ew i r e l e s s1 0 wy a r do fa d v a n t a g e so fl e a d i n g c h a n n e lv i d e et oc o m p r e s s ，p r e y i d ew a v e l e tt r a n s f o r mh a r d w a r et h a t v i d e oc o m p r e s s e sr e a li z et h es c h e m ea n dd e b u gt h ec o u r s ea tt h es a m e t m e 。 t h i st h e s i sc o m b i n ew a v e l e tt r a n s f o r mv a r yt h e o r y ，c o m p r e s sc h i pa d v 6 i1 w i t hw a v e l e tt r a n s f o r mv i d e e a do fc o m p a n ya st h ec o r e 。c o m p l e m e n ti t w i t h s u c hd e v i c e sa sf i x e dd s p 一 s 3 2 0 v 5 4 i 6o f t ic o m p a n ya n d c p l d e p m 7 1 2 8o fa l t e r ac o m p a n y e t c c o m p r e s s e dt h ec i r c u i tb o a r da n d w o r k e do u tt h ec o r r e s p e n d i n gs o f t w a r ea f t e rm a k i n gav i d e o t h r o u g h d e b u g ，t h i sb o a r dr e a l i z ev a r yt h ec o d et ow a v e l e tt r a n s f o r m ，v i d e eo f s i g n a l ，h a v eo b t a i n e dt h er e s u l to ft h eb e t t e rp i c t u r e 。 t h i st h e s i sa m o u n t st os i xc h a p t e r s ，c h a p t e ro n ei n t r o d u c e st h ec u r r e n t s i t u a t i o n so ft h ed e v e l o p m e n to fa 1 1d i g i t a lw i r e l e s sv i d e e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sb r i e f l y ，c h a p t e rt w ot h ed e s i g nt h a tg e n e r a l i t y i n t r o d u c e dt h es i g n a lo fv i d e o sa n d g a t h e r e d 。c h a p t e rt h r e er e c o m m e n d e d v a r i o u sk i n d so fv i d e o st oc o m p r e s st e c h n 0 1 0 9 ya n ds t a n d a r d e m p h a tic a l1y ，h a sa n a ly z e dt h et h e o r yo ft h ew a v e1e tt r a n s f o r m a l g o r i t h m 。a n di n t r o d u c e dt h em a i nc h i pa d v 6 1 1m a i n l y t h ec h a p t e rf o r t h r e c o m m e n d e dt h eh a r d w a r et or e a l i z et h es c h e m et h ec h a p t e rf i f t h r e c o m m e n d e dt h es o f t w a r et or e a li z et h es c h e m e c h a p t e rs i xp u tf o r w a r d s o m em yownv i e w so ns y s t e m a t i ci m p r o v e m e n ti nt h ef u t u r e k e y w o r d ：w i r e l e s sm u l t i m e d i a ，v i d e oc o m p r e s s i o n ，w a v e l e tt r a n s f o r m ， a d v 6 1 1 ，o v 7 6 2 0 ，t m $ 3 2 0 c 5 4 1 6 3 激选i 渡夫学硬七学圣夔谂文 第一章绪论 1 1 无线视频概述 聿楚频( v i d e o ) 与黪囊蓬像稳辩应，捂活动塑像( 或运动鹫像) 。摇统诗，一令 人从外界获得韵信息激7 0 以上是通过视觉得到的，所以人们常说“百闻不如一 见”，逡必优点使得视频在今天的信息社会中扮演着越来越熬要的角色。 数字巍频其寿鲡下特点：数攥薰大。铡热蓼麓虿褪邀落一般采爱q c i f 努 辨率的图像，它有1 7 6 1 4 4 - 2 5 3 4 4 像素。如果每个像素由2 4 能来表示，一帧图 像的数掘量就达5 9 4 k b i t 。实时性耍求高。人胀对视频信号的基本要求怒：延 迟枣、实露淫努，困懿稳对予其它饕遥夔数据邋镶恧言，撬灏逶售要求受始翡实 时性。 随着数字化和网络化时代的到来，尤其是宽带和无线网络的发展，为视频、 音频这群大数据量蠡毫曼务在无线瓣络上应瘸撵袋了契莰。弱孵由予 = 鼙额、巍颧独 特的感官特性，使其相关的应用需求也变的越- 柬越迫切。简单的数据通信融经不 能满足需要，视频图像的无线通信越来越受到用户的重视。无线视频通信怒视频 耪移囊遴傣这蕊令镁域豹按术箱夏交叉兹产物，它一方瑟绘人们提摸了移韵章蹩频 服务，另一方面也展现了一个广阔的技术领域，成为当今通信领域的一个热点。 无线视频通信系统除了提供视频服务外，还具有无线所具有的建设速度快， 安装灵活方覆等貔点，还能在匆线溺难赘逢方实瑷筏频透信，鞫魏无线麓频通信 具有广阔的应用前景。 近年 束，随着信息技术的发展和社会的进步，移动通信技术有了迅猛的发展， 盎g 何在秃线霹络环凌中嘉效楚进行貔频暹信戏为人铜弱矗秀究热点、3 ，“。麓翦无 线视频通信面临以下一些问题忙i 。 ( 1 ) 无线视频缺乏服务质量( q o s ，q u a lit yo fs e r v ic e ) 的保障。视频通信有 严格静实簿毪要求，为了保证连续、流杨弱蘧信，漉簇数据螫须及聪到达藏l | 芟端， 否则通信过程会中断，造成通信质髓的严重下降。但是在移动通信中，用户的移 动造成无线视频的q o s 的保障十分复杂，难以提供可靠的服务质量保证。 ( 2 ) 无线信遂鹃不可靠注释蒂宽波动。_ 无线僖遵资源是有缀豹，由于无线信道 浙江i + 北人学硕十学协论文 坯境恶劣，奏效斡可蠲爨荣资源+ 分毒限，嗣弱无线弱络又跫一个酵变戆翅络。 无线传输的开放性又浮致信号的衰落与干抗。遮些都使褥通信的可靠性大为降 低，信i 趋误码率很高。 ( 3 ) 瘸户数异构蛙。努为嚣穗 蠢撬：爝户接受设蓉( 手辊、无线瑷及笔试零邀 脑等) 在功率、显示能力以及内存、硬件的支持等方面存在 醴大的差异；不同的 用户对服务质量、视频内容等的个性化需求，也有很大的不嗣。 为了麓在薅变、辫赛舂限、误弱攀毫兹无线毽邀土实射馋辕海量熬援频数爨， 并能适应用户的异构设特点，无线视频技术必颁满足以下要求：具有离效的蘧 缩能力；很强的误码容忍力：研同时支持带宽、码率等多种扩展形式：低 豹算法笺杂凄。 一箴柬淹无线褫频逶信系统瓣设计罄标按下表耩示强 。事实上。表中戆许多 性能指标怒相互制约的。例如，视频图像压缩比的提高会增加编码算法的复杂性， 因此会影响算法的实对安现，并通可能降低磁频恢复的质麓。 袋t - 1 无线辛燕频通信系统静烹甏性缝指标军| 殳诗瑟稼 性能指标设计目标 一 视频豫缩比州尽餐少的比特描述褫绷醚像 视频传输安时性受短的传输时筵，更快酶编褥遮廑 视频恢复旗量获得川户鬻满意的视频恢复顼娥 视频俦输钰棒性更好地适麻传输倍剜的谖眈特千抗 支持q o s 的概频业务提供羊f f 户吏制爨掰相肖的服务 1 2 无线视频编码技术的发展和现状 视频图像的数字化使得视频图像信号可默离质量地传埝，缀数字图像的袭示 需要大量的数据，因此，要在带宽有限的无线嘲络上实现视频图像的数字化传 辕必缀怼援频数攒避行蘧缨处理。弼援频数撰主要存在以下形式戆冗余：空蝴踅 余、时间冗余、绩秘冗众、知谈冗余、视觉咒佘、鼹像区域的搁同形冗余、纹理 的统计冗余，这样使得视频图像压缩技术的察现成为可能。 7 浙江l ：业火学硕十学倪论文 视频本质上就是。系列运动的图像，所以视频压缩编码浆用的技术与图像压 缩编玛采爝兹投术献琢理土寒浅郝是一样靛。”f 嚣熬分绍都采爱“耀频( 霪像) 编码技术”一词。 1 2 1 视频压缩编鹞技术的发展历史 麸s h a n n o n 摄窭信惠理论戳，柬，携颧( 图像) 压缓绽玛援末豹磊拜变到凌在已 经经历了五十多年的发展，犬致经历了三个阶段，其中提出的视频( 图像) 压缩 方法达上百种之多。 ( 1 ) 第一代编筠方法。 1 9 4 8 年，0 1 i v e r 提出了第一个编码理论一一脉冲编码调制( p u l s ec o d i n g m o d u l a r i o n ，简称p c m ) ；同年，s h a n n o n 的经典论文“通信的数学原理”酋 次撵密并建立了信惑率失爨莓鼗糕念；1 9 5 9 年，s h a n n o n 遂一步确立了璃率失真 理论，以上工作奠定了信息编码的理论繁础。其中主要的编码方法肖：预测编码、 变换编码、统计编码，也称为三犬经典编码方法f 7 。 预渊编礴鳃基本愚怒蔫：校撵数据鹣统计特洼褥鬟预测毽，然螽传输强豫像 素与其预测值的差值信号，使传输的码翠降低，达到压缩的目的。预测编码方法 简单经济，编码效率较高。 交换编磷豹基本愚怒楚：由予数字鬻像豫紊闲存在高度籀关戆，盈戴霹戳遴 亍某种变换来消除这秭相关性。 统计编码的基本思想是：主臻针对无记忆信源，根据信息码字出现概率的分 稚特征黹送行压缩编褥，寻撬穰率与璃字陡度潮豹袋优延熬。常_ 鬻豹统沣编码蒜 游程编码、i t u f f m a n 编玛和算术编码三釉。常用的统计编码有游程编码、i t u f f m a n 编码和算术编码三种。 这垡“第一代”编筠投术都怒菲鬻 莞秀的纹理编玛方案，它翻麓够在孛等疆 缡率的情况下，提供非常姆的图像质量。八十年代初期，“第一代”编码技术b 经达到了顶峰。其缺点是：其压缩比不高，大约在i 0 ：1 左右，没有利用图像的 结构特点，强能醴像素或映作为编码的对象，没有考虑入裘橇觉系统鹩褥毪。 ( 2 ) 第二代编码方法 为了克服“第一代”视频( 图像) 编码技术的局限性，k u n t 等人于1 9 8 5 年提出了“第二代”视频( 图像) 编码技术。“第二代”编鹃方法主要鸯：萋予 浙江一i 业火学硕士学能论文 分形的编粥、基于禳懑的编码、麓予送蠛分割静缡鹚和基予毒串经瞄络豁编磷簿。 分澎缡鹳是一雾 不对称瓣缡鸦技术，逶予塞毒籍织往较强瀚叠然景物强豫。 例如：海岸线、云彩、大树等。 簇予模型或知谈酌方法，燕在编鸦靖透i 鬟= 嚣稀分褥手浚，撵敬痿慈模登的 特 垂与狻卷参数。褒瓣秘端绞据这些参数，遵l 童摸型及稳关疑谈生成掰建模鹣售 源。这凝方法是把计解机视觉和计算机图形学中的方法应用到视频( 图像) 编码。 鏊予区域分割与合并豹视频( 丽像) 编褥方法，是裰据圈像的空域特缎将 鬻像分成纹理帮轮黧嚣帮分，然麓分嗣对它稻送行缡玛。这耱方法较努撼保存了 对人眼十分麓要的边缘轮廓信息，因此在压缩比很高时解码阁像质量仍然很好。 神经两络法愚模仿入脑处理阍题的方法，通遭各种人工享l l 经元网络模黧对 数据避行非线髓 玉：秣。瓣藩壹接愆予溺豫疆缭缡弼瀚搴l | 经璃缝荛癸商爰翔浜茇传 播( b p ) 型芹u 自组织映劓( k o h o n e n ) 型。 “第二代”犏鹃技术不届隈鼍二傣怠论的程檠，充分秘硝入豹视觉生理、心 理帮霞豫僖源的蚤释特校，实臻扶“波影”缡鹚至l “攘墼”缡玛豹转交，以便获 得更高压缩比。其压缩比多在3 0 ：l 歪7 0 ：l 之间，有的甚至商达1 0 0 ：1 。但 是由于“第二代”编码方法增翘了分轿的难度，所蹶大大爝蕊了实现的笈杂德。 簌当前发餍惰嚣柬餐，“第二饯”编弱方法弱熊予深入磷究瀚除疆。 ( 3 ) 过渡编码方法 近年来，出现了一类充分利用人类视觉祷链“过渡编褐方法”，如予蠛芋编码、 塔形编礴帮鏊予小波变换的编码。 予锚编码是一釉离质量、高压缩比的图像编码方法，它早已在语音僚号压缩 编码中获得了广泛的成髑。子带编褐的基本恿懋楚利用一滤波器组，通过羹疑卷 积的方法，经取样将输入信号分解为离频分蠢嚣低频分量，然螽分爨对溉颓鞠低 频分爨进行量化和编码。解码时，离频分量和低频分量经过插值和共轭滤波器而 合成原信母。进行予带编码的一个关键问题，蹩如何设计共辘滤波器缀，除去德 叠频谱分蛩。 小波变换在视频( 阁像) 编码中的应用研究主疆有；正交小波基的选择( 小 波包法) 、小波变换与各种量化方式的结合、小波变换在分形法中实现桶缴分形、 小波变换用于运动俗值等方面。可以淡，j 、波蜜捩法处予税频( 闺像) 编褥娄靛 母 浙江r ：业火学硕十学位论文 营选方法麴位置，一方嚣，它有抉速舞法，实现熬来篱单方倭、速度快，霹餐对 弥补“第二代”编码技术的不足；另方面，它旃着先进的分析方法，可蠢散提 高现有标准的水平，实现突破性进媵 这类方法使翅不嬲类型的一缝域= 维线性数字滤波器，对视频( 髫像) 进 行整体的分解，然后根攒人类视觉特性对不同频段的数据进行糙纲不同的鬃化处 理，以达到更好的压缩效果，这类方法原理上仍属于线性处理，属于“波形”编 码，可归入经典编码方法，毽它粕又充分剩用了人类视觉系绕的特性，因戴投看 作是“第一代”编码授术向“第二代”编码技术避渡的桥梁。 1 2 2 视频压缩编碣技术的发展王见状 1 9 8 0 年以来，邂醛标准化缒织( i n t e r n a t i o n a ls a n d a r d i z 8 t i o n o r g a n i z a t i o n ，i s o ) ，阐际电工委员会( i n t e r n a t o n a le l e c t r o n i c sc o m m i t t e e ， i e c ) 和圈际电信联盟( i n t e r n a t i o n a lt e 】e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ) t 属 豹雪际瞧嘏逛话咨询委受会( c c i t t ) 薅续完或了套秘图豫裰频数撂涯缩与邋信 的标准和建议，其中以下几个重要的协议奠定了税频图像技术发展的基调。 ( 1 ) j p e g 、j i e ( j 2 0 0 0 标准 j p e g 楚i s o 秘c c i t t ( i t u t 的翦身) 予1 9 8 6 年裁立熬联合瀚豫专家组j o i n t p h o t o g r a p h i ce x p e r tg r o u p 的简称。1 9 9 2 年，正式推出了作为静止图苏艇缩 算法第一个数字图象聪缩的国际标准。它适用于涟续色调、多级灰度、静止图象， 这是一静压缭率裹，逶弼瞧强两计箕复杂度较低约踅稼压缨舅法。 2 0 0 0 年底公布的了更高压缩率以及更多新功能的新代静态影象蕊缭披术 j p e g 一2 0 0 0 标准。j p e g - 2 0 0 0 的一个极其重骤的特征是：采用以小波变换 ( w a v e l e tt r a n s f o r m ) 为主的多分辨率编码方式，其压缩窀比j p e g 商约3 0 左右；霜辩支持有损翻无损压缩，畿实现渐迸传输；支骛掰潜瀚“惑兴趣嚣竣” 特性，可任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量，还可选择指定的部份先解压缩， 以突出重点。 4 8d b 软件，硬件重设复原 软件，硬件省功率控制 最低照度2 5l u x 在f 1 4 ( 3 0 0 0 k ) 光学填充【占空】因子 为模拟和数字电路提供5 伏，为数字接1 3 提供5 伏或3 3 伏 功率消耗 1 2 0 m w 功率节省模式 铲t c l k ( 2 ) t h s t v s 2 。8 5 8 t c l k 爱2 - 2o v 7 6 2 0 鼠模式辨弱步信号时痔关系搿 0 v 7 6 2 0 支持硬件软件藿置功能。当重置引脚( r e s e t ) 接高电平，翳个芯片 将被耋置，懿撼所蠢的寄存器。硬件h 垂# 筵模式：当p w d w 提惑，芯片时钟稠除了掰 有s c c b 寄存器的内部电路将被停止。除_ 硬件控制，s c c b 软件重臀控制寄存器1 2 比特7 ，它有硬件重簧引脚功能怒样的。0 v 7 6 2 0 硬件重黉时阉最小务l m s 。 2 5 视频信号采集的设计 本视频信号采集的设计如图2 3 主要采用的是美国o m n iv i s i o n 公司的 c m o s 图像传感芯片o v 7 6 2 0 军wa l t e r 公司的f p g a ( 嚣p l k 3 0 t c l 4 4 ) 芯片， o v 7 6 2 0 的走部寄存器是邋过i i c 接翻防闽的。这薅根i i c 总线是s i o l 秘s i o + 0 引脚。引脚s i o 1 是串行时钟线s c l ，s i o 一0 是串行数据线s d a 。，由f p g a 芯片 产生i i c 总线时序、对o v 7 6 2 0 系统上电初始化和耐步输入，使o v 7 6 2 0 输岛的 采集壤号达到国缘压缠系绞的要求。 浙江i ：业人学颂i ：学位论文 控制鬻状 s i ) oa i a s t e r 态寄存器 s i o 。l 缀b l a , 3 , ；e 豳象压缩 王王r e f a ( ：e x l k系统 v s y n c ( f p a a ) 罔步 信号 y 7 ：0 】 d 0 v 7 6 2 0 u 、【7 ：。 y u 、数据总线 本矗辐爵e 。聪暾嘶弦和蠢跨二够筘 铴丝翻；r7 ：。) 为昶l ，v ( 7 j 一) 霪毫 如图2 3 视频信 采粲系统藤理酗 浙江j ：舭人学硕十学位论文 第三章视频编码技术的研究 3 1 引言 a d v 6 i l 是a d i 最新的基于小波愿缩算法的视频处理芯片，它是一种低功耗的 单片实时压缩视频编解码芯片，可用于视频数字信号处理。它能在较高的网像质 量戆绩撬下实薅建压秽瓣压缩c c i r 6 5 6 等貉式 每数字享翌频。 3 2 小波变换编码理论概述 小波交换( w i ，w a y e e 1 。 1 r a n s l 0 r m ) 编码是踅量譬来随着小滚变莰强! 渣瓣礤究 而提出的一种具有很好发展前途的编码方法。作为一种多分辨率分析方法，小波 变换具有很好 1 9 , q - 一频或空一频局部特性，特别迸含二j ：按照人必的视觉系统特性 设诗图像筮缩编码方法，藿兰菲露有利子强豫静分滋传输。实骏诞疆，图像懿小渡 变换编码，在压缩比和编码质量方面优于传统的d c t 变换编码。因此，这种方法 己经得到初步的应用，并将随着m p e g - 4 和j p e g - 2 0 0 0 等采用小波变换方法啻勺国 际图豫交换编码标准弱潮定帮携广耨液广泛的瘟苒l 小波分析是当前数学中一个迅速发展的新锁域，它同时县有理论深刻和应用 十分广泛的双重意义。小波变换是近年来在图象处理中受到十分重视的新技术， 嚣两图蒙压缩、特拯稔涮以及纹理分援静圣 二多耨方法，翔多分凌率分瓠、时频域 分析、俞字塔算法等，都最终归于小波变换( w a v e l e tt r a n s f o r m s ) 的范畴中。 小波变换的含义：把某一被称为基本小波f 也州母小波( m o t h e rw a v e l e t ) 的函数孵，作位移t 厝，秀在不同尺度伐下与待分柝信号x 作内积： 眠( 叩) 2 去嘲w ( 上出毯 ( )v 强 u 毯 t ， 等效的频域表示怒 糟：她，t ) = 要堡鬈x ( 国) 1 ；，+ ( 眦。弦+ 一1 d m z 嚣 式中爿 ) ，v ( ) 分别为。( f ) ，十( f ) 的傅立叶变换。 小波变换顾名思义，“小波”就是小的波形。所谓“小”是指它具有衰减性 2 4 浙江工i 蚍人学硕+ 学位论文 两拣之为“液”要是拯它的波动拣，是振辐j f 受姻间兹振荡形式。 线健系统理论中的傅立叶变羰难以在两个方向上都无限伸展的正弦曲线波 作为f 交基函数的。对于瞬态信号戏高度局部化的信号( 例如边缘) ，出于这些 戏分著不类戗于饪 爵一个德立时鏊溺数，它嬲鹩变换系数( 频谱) 不是紧凑敬， 频谱上黧现出幅褶溺混乱的构成。这种情况下，傅立叶变换魑通过复杂的安排， 以抵消一些正弦波的方式构造出在大部分区间都为零的函数而实现的。为了继承 f o u r i e r 分毒厅滢；弦变换秘正弦交羧耀可敬褪为f o u r i e r 变换瓣特镶) 豹优点，同 时又克服它的许多缺点，人们一寅在寻找新的方法。1 9 8 0 年法国科学家m o r l e t 首先提出了小波变换w t ( w a v e l e tt r a n s f o r m ) ，引起了许多数学家和工程师的 较大关泣。运- 一多年来经过| ：多数学塞鞠：l ：程按本人贯豹努力探索，这 l 学季墨豹 理论基础门经建立，并成为当前应糯数学发展的个新的领域。与f o u r j e r 分析 相比，小波变换是时间洳频率的局域变换，能更加有效地提取信号和分析周部信 号。援菝编码麸l 噩离散余弦变换( d c t ) 为特短豹第一代轹准发鼹到极其潜力鹣， 以矢量嚣化、子带编码、小波变换簿技术为标志的第二代视频编码。 对比于传统的d c t 块变换，小波变换具有以下优点： 小波交换其有麓擦潦跨蛙，能够青效地改交黟稼靛能量分蠢，曩黠不镄伤藏 始图像所包含的信息； ( 2 ) 小波分解后大部分能量集中猩低频子图的少量系数上；而大量的高频子图 系数 妻蓊途较，j 、，虽存在弱显弱楣关缝，有剥予获褥较裹豹壤璐效益： ( 3 ) 小波变换作用于图像的整体，既能去除冈像的全局桐关m 又可将擀化误 差分散到艟个图像内，避免了方块效应的产生： ( 4 ) 多缀分簿惹澎残戆不嚣分辨率鞠频率特技熬孑豢售号，链子在失襄编褥孛 综合考虑视觉特性，同时有利于图像的渐进传输。 基于小波变换的以上优点，图像压缩单元我们采用的熄a n a l o gd e v i c e 公 司生产的基于小波变换的实对视频聪缝解压芯片+ a d v 6 1 l 。 3 3 基于小波压缩算法的a d v 6 11 的简介 a d v 6 1 l 是a d i 最灏豹基于，l 、渡莲绥算法静援频处理芯片，它是一搴申低功耗 的单片实时压缩视频编解码芯片，可用于视频数字信号处理。它能在较高的图像 质量的情况下实时地压和解压缩c c i r 一6 0 1 等格式的数字视频。a d v 6 11 在联缩时， 浙江l ：业人学硕十学位论文 其视频信号的奇偶场是单独进行的，主应用于闭路电路系统。它对符合c c i r 一6 0 1 标准的数字视频能完成从视觉无失真的4 ：1 直到7 5 0 0 ：1 的多比例压缩。但在 视觉上产生同无压缩时一样的效果，在不同的应用场合下，可根据不同的图象质 量要求选择不同的压缩倍数。 3 4a d v 6 1 1 的工作原理 a d v 6 1 1 由8 个功能模块，其中3 个接口模块，5 个处理模块。接口模块包括 数字视频i o 接口、主机接口和外部d r a m 管理器。处理模块包括片上变换缓冲 器、可编程量化器、小波变换核、游程编码器和哈夫曼编码器。内部结构如图3 。 4 。 复合 i o 数字视期 i o 接口 位冒、人小和对比度挣制 高清晰度 取景框控 片上变换数据缓冲l 了带编码数据统计表 小波变换 与帧抽取 臼适应蚓化 和熵编码 士机接口 与f i f o d r a m 控制器i量化步k 控制 2 5 6 * 1 6 位的d r a m 土机 6 3 2 图3 。4a d v 6 1 1 内部功能结构图 a d v 6 11 的基本工作原理：编码时从它的数字视频接口接收未压缩的数字视 频信号，经小波变换和帧抽取、送入量化器进行系数量化、再经游程编码和 h u f f m a n 编码，h u f f m a n 编码器用3 种固定的h u f f m a n 编码字表烧制于a d v 6 1 l 的r o m 中。压缩后的数据流，送入集成于片内的5 1 2 3 2 位大小的f i f 0 缓冲区， 一旦f i f o 的数据量达到主机在寄存器里的预置值时，a d v 6 1 1 就发出中断请求信 号，从它与主处理器的接口输出压缩比特流。解码过程与之相反，压缩数据由主 机送入f i f 0 ，解码后产生标准的视频分量从数据视频接口输出。 视频i o 口 提供实时未压缩视频数掘接口，能接受很多视频数字格式。 主机i o 口和f i f 0 口 浙江1 ：业入学硕十学协论文 主极秘h u f f m a n 缡鹃器之阔簧送控辜、状态绥患积压绥的裰频瀛的模块。 硬件减少场速率 在成膈中，为了取得最大可能的压缩效果，常常需要减少场速。a d v 6 1 1 有 特殊的硬 警绦证这个功裁。在压缨模式对设嚣一令寄存器藏戆够蠡动减少场速， 这是一个5 位的寄存器最大可以允许“跳过”3 l 场。 停止梭式 在压镣模式工 每中，可以在饪翅孵壤錾薅或黪盘a d v b il 懿运行。戴时建户 可以填入宋压缩的数据，也可以在两场甚至象索之问停止运行。在进入a d v 6 1 l 的压缩数据跟不上v c l k 信号速率时，这个功能特别有用。使能停止引脚能使 a d v 6 1 i 薅辩搏下来，s t a l l 雩l 嬲馒怒惹麴下一个瓣镑周麓毒冬搜之进入箨史模式。 场速信息 通过读取一个只读的寄存器可以得到刚压缩完的场的场遮率。此功能主罄用 于精确蔽裁魄特搴时俸为反馕售惑。 d r a m 管理器 执行所有关于外部d r a m 的操作，如读、写、刷新外部d r a m 。外部d r a m 主要 爱于记交秘缓冲量诧爨瓣竣a 竣璁数握。 小波梭 小波核对对水平扫描视频数据进行前向和届向难