静止图像压缩标准JPEGIP核的设计与实现基金颁发部门：福建省科技厅；项目名称：射频开关悬梁振动特性分析及纳米尺度下的触点行为研究；编号：2006J0032基金申请人:于映张志晓1，于映2(1.福州大学物理与信息工程学院，福建福州350002；2.南京邮电大学通信工程学院，江苏南京210003)摘要：本文介绍了基于静止图像压缩标准JPEG基本模式的编码器软IP核的设计与实现。本设计采用适于VLSI实现的DCT算法结构,单周期实现Huffman编码,图像压缩过程流水线实现,达到高处理速率和高数据吞吐率。使用DesignCompiler在SMIC0.18umCMOS单元库下综合，时钟频率可以达到125MHz，可处理每秒三十帧的1280*1024SXGA图像。本IP核可以方便地集成到诸如数码相机、手机以及扫描仪等各种应用中。关键词：JPEG;IP核;ASIC;流水线设计;中图分类号：TN919.81文献标识码：ADesignandImplementationofIPCoreofStillImageDataCompressionStandardJPEGZHANGZhi-XiaoYUYing(micro-electronics,instituteofphysicsandinformationengineering,FUZHOUUniversity,FuzhouFujian350002,China)Abstract：ThepaperpresentsthedesignandimplementationofasoftencoderIPbasedontheJPEGbaselineimagecompressionstandard.ThedesignadoptedtheDCTalgorithmarchitecturewhichisefficientforVLSIimplementationandcouldencodetheHuffmancodeinaclockperiod,compresstheimageinpipeliningandobtainhighspeedandthroughput.SynthesizedinDesignCompilerwiththeSMIC0.18umCMOSlibrary,theresultisupto125MHZfrequencyandcouldhandle30framespersecondof1280*1024SXGAimages.ThisIPcanbeconvenientlyintegratedintovariousapplicationsuchasdigitalcamera、cellphone、andcolorFAX,etc.Keywords：JPEG;IPCore;ASIC;PipeliningDesig1引言基于IP（IntellectualProperty）核的设计和可复用已成为SoC（Systemonachip）设计方法的主流设计方法。本设计实现了基于静止图像压缩标准JPEG基本模式的编码器软IP核。JPEG(JointPhotographExpertsGroup)是1992年CCITT和ISO正式通过的连续色调静止图像压缩标准[1]。图像的高数据量和广泛应用对图像的存储和传输提出了要求，有限的存储容量和传输带宽不能直接对图像进行存储与传输,因此需要先对图像进行压缩处理。JPEG压缩算法因其优异的压缩性能和灵活的形式成为了目前最流行的图像压缩工具。2静止图像压缩标准JPEGJPEG标准制定了四种工作模式：（1）顺序的基于DCT（SequentialDCT-based）模式；（2）累进的基于DCT（ProgressiveDCT-based）模式；（3）无损（Lossless）模式；（4）分层（Hierarchical）模式。其中顺序的基于DCT模式是JPEG最基本的压缩过程:符合JPEG标准的硬软件编码/解码器都必须支持和实现这个过程[1]。JPEG基本顺序过程（BaselineSequentialprocesses）实现有损图像压缩，重建图像质量达到人眼难以观察出来的要求。由8x8DCT（离散余弦变换）运算、量化和熵编码三步组成。从左到右，从上到下扫描信号，为每个图像编码。JPEG基本模式编码过程如图1所示。3.JPEGIP核设计和实现结构本设计采用流水线技术,通过模块化设计，对JPEG编码的各个步骤按功能进行合理的模块划分。在各主要功能模块间达到流水操作，在功能模块的内部通过设计也实现流水线运算，在输入速率为每个时钟周期一个像素时，一个时钟周期处理一个像素，实现了高处理速率和高数据吞吐率。本设计编码系统结构如图1，主要功能模块包括：（1）离散余弦变换（DCT）；（2）量化；（3）之字形编码；（4）使用差分脉冲编码调制（DPCM)对直流系数进行编码；（5）使用零游程编码（ZeroRun-LengthEncoding，RLE）对交流系数编码；（6）系数分类；（7）熵编码（EntropyEncoding）；（8）JPEG数据打包（DataPacker）。接下来对主要功能模块进行介绍。图1JPEGIP核实现结构图3．1DCT变换3．1．1DCT算法DCT变换自提出以来，已广泛应用于语音、图像及数字信号处理中，特别是数据压缩领域。JPEG中采用8x8DCT，首先把每个单独的彩色图像分量分成8×8图像块，对像素值进行一次右移，然后经过二维DCT变换，其低频分量都集中在左上角，高频分量分...
