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» 基于Altera cyclone V SOC的JPEG编码分析
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基于Altera cyclone V SOC的JPEG编码分析
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porereading
发表于 2014-4-23 21:33
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基于Altera cyclone V SOC的JPEG编码分析
H.264
等视频压缩算法在视频会议中是核心的视频处理算法,它要求在规定的短时间内,编解码大量的视频数据,目前主要都是在
DSP
上运行。未来在添加
4k*2k
、
H.265
编解码等功能,并要求控制一定成本的情况下,面临
DSP
性能瓶颈的问题,所以希望部分算法可以下放到
FPGA
来实现,借助
FPGA
并行处理的优势,来加速整个系统。
基于
alteracyclone V soc
平台的试验可行性分析
1.JPEG
图像压缩算法与
H.264
等视频压缩算法,有一定的相似性,并要简单很多,有一定的借鉴意义,故本次短期试验使用
JPEG
算法来验证该
SOC
平台;
2.JPEG
压缩算法如果完全在
FPGA
上用
VerilogHDL
语言实现,有一定难度,并且开发周期很长,而
C
语言源码,已经比较成熟,移植到
ARM
比较简单;
3.
经考察,
alteracyclone V soc
平台,拥有两颗速度高达
800Mhz
的
cortexA9
内核,并有大容量的逻辑单元,和高速收发模块。
FPGA
与
ARM
之间的
AXI
标准总线,速度更是高达
100Gbit
,对传输高清视频数据,即使
4K*2K
也是绰绰有余。
试验过程
JPEG
是
JointPhotographic Experts Group
的缩写,即
ISO
和
IEC
联合图像专家组,负责静态图像压缩标准的制定,这个专家组开发的算法就被称为
JPEG
算法,并且已经成为了大家通用的标准,即
JPEG
标准。
JPEG
压缩是有损压缩,但这个损失的部分是人的视觉不容易察觉到的部分,它充分利用了人眼对计算机色彩中的高频信息部分不敏感的特点,来大大节省了需要处理的数据信息。
JPEG
编码中主要涉及到的内容主要包括:
1. Color Model Conversion
(色彩模型)
2. DCT
(
DiscreteCosine Transform
离散余弦变换
3.
重排列
DCT
结果
4.
量化
5. RLE
编码
6.
范式
Huffman
编码
7. DC
的编码
本次试验
ARM
侧运行
LINUX
操作系统,并将
ColorModel Conversion
部分,下发给
FPGA
侧来实现,如上图,黄色区域标记。其中
ARM
核与
FPGA
的数据交互运用了
HPS-to-FPGAx64 Bridge
,该总线的读写操作都是在
MMAP
(将底层地址空间映射到用户层)后,通过使用
HWlib
库函数来实现。在
FPGA
侧,运用
Qsys
工具,添加
Application_logic
用户逻辑模块,来实现
ColorModel Conversion
功能,如下图黄色区域标记。
试验结果
1.
整个编码过程正常,以下左侧为编码前的真彩。
bmp
格式图片,右侧为编码后的。
jpg
格式图片。
2.
通过调用
LINUX
操作系统时钟函数
gettimeofday
(
ModelConversion
部分在
ARM
侧运行,和在
FPGA
侧运行消耗的时间:
从表中可以看出,
FPGA
在大数据量的处理时,能发挥并行的优势,使运算速度得到提升。因试验开发程度有限,所以速度提升不是很明显。相信在将更多数据处理任务交给
FPGA
完成后,能获得更高的系统性能。
试验结论
1. cycloneV SOC
有
ARM
核的存在,可以运用成熟的
C
语言代码,缩短开发时间;
2. cycloneV SOC
有大量逻辑单元,可以协助处理大量数据,提高系统性能;
3. cycloneV SOC
成本低廉,满足成本控制要求;
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