独立式多分辨率VGA/DVI压缩存储系统

    1.1.2色彩转换

    标准的VGA接口输出为RGB信号，在进行压缩之前，先对图像进行色彩空间转换，将RGB信号转换为YUV信号。色彩空间转换公式为：

公式

    系统实现时采用4:2:2采样模式，FPGA采用定点化处理后，将得到的Y和UV分量送给后端的编码模块进行编码。

    1.2图像压缩部分

    在系统设计时，考虑到不同分辨率的图像压缩和后续功能扩展，需要采用硬件资源丰富的FPGA，后端模块采用Xilinx公司的Virtex4系列的FPGA(XC4VLX100)。图像压缩的核心架构如图3所示，它主要涉及图像缓存、图像压缩和码流缓存三部分。

图3

    1.2.1图像缓存模块

    为了提高系统的处理速度和数据吞吐效率，图像采集模块中采用图4所示的“乒乓操作”缓存图像，即把一帧图像的Y和UV分量缓存到片外的SDRAM1中，同时，系统会从SDRAM2读取另一帧已经缓存的图像到后端的图像压缩模块。这样图像缓存和压缩可以并行处理，提高系统的压缩效率。

    系统设计时采用Micron公司16MB的SDRAM[3]，它包含了4个bank。其中，bank0与bank1用来缓存Y分量，bank2与bank3用来缓存UV分量，为了提高读写SDRAM的效率，采用burst读写数据方式，可以减少仲裁操作。

    1.2.2图像并行压缩模块

    在系统算法设计时，图像变换采用了基于离散小波变换的空间推举算法（SCLA[4]），相对常见的离散小波变换（DWT），SCLA算法的行与列变换同时进行，乘法次数最少，且重建图像的PSNR值更高。编码算法采用改进的无链表零树编码算法(SLC)，它融合了多层次零树编码算法(SPIHT[5])和无链表零树编码(LZC[6])的思想，在性能上逼近SPIHT，但更易于硬件实现。

    系统在实现架构上采用了图3所示的双通道并行压缩架构，即Y和UV分量的小波变换和编码并行进行，极大地提高了系统的并行度和压缩效率。兼顾数据读取效率和内存考虑，本系统设计时采用了片外SDRAM和片内SRAM结合的方法来缓存小波系数，所以小波变换和编码模块主要由FPGA和2块片外SDRAM协同完成。SCLA算法采用9/7小波的五层分解，其中SDRAM3用来缓存Y通道分解过程中产生的部分小波系数，SDRAM4用来缓存UV通道分解过程中产生的部分小波系数，向SDRAM中读写数据时仍然采用burst方式。SLC算法以一棵小波树为基本单元，且压缩比可自由控制，完成一帧图像所有小波树的编码。