JPEG 编码器的实现分析

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主 要 内 容

第一部分：介绍了 jpeg 压缩的基本原理

第二部分： jpeg 编码器架构及实现分析

第三部分：综合验证

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JPEG 文件解析

图像的宽、高、 Huffman 表、量化表等等。标记码有很多，但绝大多数的 JPEG 文件只包含几种。标记码的结构为：SOI ,DQT （量化表） ,DRI,SOF0,DHT （哈夫曼编码表） ,SOS

压缩数据 , 以 EOI标志结束。

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数据压缩流程图

空间变换YCbCr

8*8图像块

DCT变换

量化

DPCM 编码

行程编码

JPEG压缩文件

RGB源图像数据

哈夫曼编码

未包括

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1.1 、 空间变换

通常把 RGB 空间表示的彩色图像变换到其他色彩空间 (YUV) 。

每个点保存一个 8bit 的亮度值 , 每 2x2 个点保存一个 Cr Cb 值 , 而图象在肉眼中的感觉不会起太大的变化 . 所以 , 原来用 RGB 模型 , 4 个点需要 4x3=12 字节 . 而现在仅需要 4+2=6 字节 ; 平均每个点占 12bit.

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1.2 、 DCT 变换

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1.3 、 量化

量化过程实际上是简单地把频率领域上每个成份，除以一个对于该成份的常数，且接着四舍五入取最接近的整数。

DC 直流变量

AC 交流变量

HI， JPEG 1.4 、 “ Z” 字形编排

对于前面量化的系数所作的 “ Z” 字形编排结果就是：

底部 − 26 ，− 3 ， 0 ，− 3 ，− 3 ，− 6 ， 2 ，− 4 ， 1 −4 ， 1 ， 1 ， 5 ， 1 ， 2 ，− 1 ， 1 ，− 1 ， 2 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ，0 ，− 1 ，− 1 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ，0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 顶部

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1.5 、编 码

一、直流 DC 系数使用 DPCM （差分脉冲

调制编码 ）编码；

二、交流 AC 系数使用 RLE （行程）编

码；

三、最后用 范式 Huffman 编码来处理。

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2.1 空间变换

计算公式： Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B Cr = 0.713(R - Y) Cb = 0.565(B - Y)

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激励代码

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Rgb2ycbcr 仿真结果

HI， JPEG 2.2 DCT 与 zigzag 部分

离散余弦变化内部包含 8 组 dct_block ，每组dct_block 包含 8 个 dct_unit, 如下图所示：

……

Dct_unit1

Dct_unit2

Dct_unit3

Dct_unit4

Dct_unit5

Dct_unit6

Dct_unit7

Dct_unit0

Dct_unit1

Dct_unit2

Dct_unit3

Dct_unit4

Dct_unit5

Dct_unit6

Dct_unit7

Dct_unit0

Dout

zigzag

din

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模块说明

数据输出dout输出

数据输入din输入

使能端ena输入

时钟clk输入

描述端口类型

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Dct_block 模块图

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Dct_unit 单元

通过查 dct_cos_table 表（ x ， y ， u ， v ）来确定离散余弦运算， dct_mac 计算输出值。

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dct_cos_table 部分代码

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dct_mac 部分代码

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zigzag 部分

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Zigzag 模块说明

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2.3 量化取整

量化取整部分内部主要包括一个divider 模块及产生数据输出有效和循环结果到最近整数的电路， divider 模块主要实现除法。

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Jpeg-qnr 部分代码

HI， JPEG 2.4 AC 及 DC 数据编码

amp

rle AC DC

数据输出

size

经过 Zigzag扫描后的数据

din

说明引脚

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AC经过 RLE 编码后的数据格式为：

Amp （非零 AC 值）Size （非零 AC 有效长度）

Rlen （ 0 的个数）

DC经过 RLE 编码后的数据格式为：

Amp （ DC 差值）Size （ DC 差值有效长度）

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编码器总架构

编码后输出值

amp ；

size ；

rlen ；

八位量化值输入qnt_val

八位 RGB 值输入din

说明引脚

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三、综合验证

谢 谢！