鲁常红 摘 要:描述JPEG和LZ77压缩算法原理,并通过实际软件仿真进行比较,认证了DSP(DigitalSignalProcessor)适合于JPEG图像压缩算法。然后通过计算机和DSP的JPEG压缩速度的比较,提出了远程控制中视频信号压缩问题的解决方案。 关键词:DSP;JPEG;离散余弦变换;LZ77 随着计算机和网络的高速发展,计算机机群化,网络广域化,人们已经不再局限在一台计算机,局限在一个地点办公,而是多台计算机、多地点同时办公,这样就要采用远程控制和远程机群管理。现在有一些软件实现的远程控制,但是只能控制一台机器,而且受到操作系统的限制。本文中提出了实现远程控制的硬件方法。 在实现过程中,最为主要的部分就是视频信号的传输问题。若要实现远程控制,就要把视频信号数据经过网络传输到控制端主机,因此要把视频模拟信号数字化,也就是模数变换。我们必须保证图像清晰度和分辨率,这样模数变换后的数据量就会很大,我们就不得不考虑网络传输能力的问题。当然局域网内部传输速度很快,但是我们要做到可以在Internet上传输,就面临着数据的压缩问题。 1 视频信号数据压缩算法原理介绍 对数据压缩有好多方法,按照能否完全恢复到原来数据的情形来分有2种,即有损压缩和无损压缩。有损压缩比如JEPG压缩,一张位图被压缩成JPEG格式的过程中会丢掉一些数据,这样在解码的时候就不能恢复到原来的那张位图了。而无损压缩,以LZ,LZ77,LZW为代表,压缩前后的数据没有损失。 1.1 LZ77压缩算法 LZ77算法是无损压缩算法中的一种,采用词典编码思想,在词典中查找最大匹配字符串来实现压缩,具有快速解压缩和内存消耗小的特点而被广泛采用。现在用得很多的Gzip也是采用LZ77方案的。 LZ77数据编解码原理的算法如图1和图2所示。 DCT变换后矩阵内的某个数值,u,v代表DCT变换后矩阵内某个数值的坐标位置。Syx代表图像数据矩阵内的数个数值,y,x代表图像数据矩阵内某个数值的坐标位置。 2 实验环境 实验中采用的是德州仪器(TI)公司的DSP产品TMS320C6000中64系列。从64系列DSP的特点来看适合于高速图像压缩。这种定点DSP内核电压为1.2 V左右,工作频率可达500/600/720 MHz,这样每秒可以执行4000/4800/5760条指令(MIPS)。这种芯片支持那些既要求高性能、高可编程性,又要求低功耗、低价位应用的快速开发。除了高速内核还有一个64信道增强型直接存储器存取Enhanced Direct-Memory-Access(EDMA)能够实现高效输入/输出(I/O);1个16 b和1个64 b外部存储器接口(EMIF)用于高带宽存储器存取;3个多通道缓冲串口McBSP;2个32 b计时器能够记录外部事件;1个HPI(16/32 b)主机接口;1个16 b通用输入/输出(GPIO)引脚,经编程可生成不同CPU中断和EDMA事件。另外6416还有Turbo Decoder Coprocessor(TCP),ViterbiDecoder Coprocessor,UniversalTestand Operations PHYInterface for ATM(UTOPIA)。 我们可以利用VLIW超长指令集结构。VLIW是一种非常适合图像压缩处理等多媒体应用的结构,他支持指令级并行性,这就使得采用他的DSP可以在单时钟周期内执行多项操作。TI公司提供了可变长度解码和离散余弦变换等图像、视频编解码中固有的算法的汇编语言函数库,从而加快算法的运行,缩短数据压缩时间。 FPGA也可以作JPGE压缩,但是JPEG压缩属于分割及区域特征提取等不同层次、不同种类的处理。其中有的运算本身结构比较简单,但是数据量大、计算速度要求高。在实时信号处理系统中,低层的信号预处理算法处理的数据量大,对处理速度的要求高,但原理框图如图4所示(参考TI的第三DSP方开发公司Ateme公司的IEK(Imaging Evaluation Kit))。 比较结果如表1所示(769kB位图) 注明:在CCS环境下,使用代码优化之后速度可以提高2倍左右。 5 结 语 对于TI公司的TMS320C6000系列的DSP,JPEG的核心算法离散余弦变换有固定的函数库可以有效实现,所以JPEG的压缩速度很快,这样在远程控制端的图像更新速度很容易就可以满足要求。而LZ77压缩算法相比较而言,就不适合于用DSP来压缩,因为他没有用到DSP所具有的特性,因此压缩速度很慢,这样从刷新速度的角度来看,尽管他的压缩图像不失真,但不适合应用于远程控制的应用。从而确定了一种比较好的视频信号压缩问题的解决方案。 参考文献 [1] Gregory Wallace K.The JPEGstillpicture compression standard[J]. [2] TMS320C62x Image/Video processing library(IMGLIB)[J].TI2002. [3] http://www.arturocampos.com/ac_lz77.html#lz77.
北京中科院计算所 北京 100080
[图文]解决远程控制中视频信号压缩问题
来源:互联网 发布日期:2011-09-19 10:16:43 浏览:5727次
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