引言

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随着多媒体和网络技术的发展，数字图像大信息量对图像压缩技术的要求越来越高。因此，特殊的高速数字信息处理技术已成为发展的方向。TI推出的C5000系列DSP将数字信号处理器将信号处理系统的研究重点放在软件算法上。DCT、由于其高可靠性和高效性，小波等算法越来越受欢迎。

系统硬件设计

TMS320C5409作为主处理器的可行性分析

TMS320C5409时钟频率为100MHz,性价比极高。改进型哈佛结构围绕1组程序总线、3组数据总线和4组地址总线建立，可同时进行选址和读数。有独立的硬件乘法器，有利于优化卷积、数字滤波、FFT、矩阵运算等算法中的大量重复乘法运算。具有循环搜索、位倒序等特殊指令FFT、查址、排序和计算速度大大提高。一组或多组独立DMA总线，与CPU并行工作程序和数据总线。

在这个系统中，TMS320C5409作为主处理器，任务是实现JPEG压缩编码。

当处理一帧大小为640时，通过分析不难得到×480图像时，做JPEG压缩编码所需要的时间为：T=62×10(ns)×640×480=0.19866s,当图像分辨率较小时，压缩每帧的时间较少，在对实时性要求不高的情况下，这对应用程序是完全可行的。

图1是基于TMS320C5409的图像处理系统结构图。C5409是中央处理器，SRAM为DSP片外扩展数据存储器，EEPROM用于存储系统的引导程序和其他应用程序，A/D转换部分负责将转换成数字信号的图像存储在帧存储器中。地址译码和图像采集系统控制电路产生系统各部分的地址译码信号，映射到不同的地址区域并控制ADC图像采集由图像采集的CPLD控制；51单片机控制图像采集芯片的寄存器。

存储空间的扩展方案

经过A/D转换的原始图像数据非常大，TMS320C5409的内部仅有32KB的RAM和16KB的ROM,因此，必须扩展存储器来存储原始图像数据和应用程序。本文考虑外接64KB的RAM和512KB的Flash,RAM使用Cypress公司的CY7C1021V33,Flash采用SST公司的SST39VF512.由于C5409的数据空间仅为64KB,因此，采用内存页扩展技术。C扩展输出口15409Q和2Q作为扩展内存的页面选择信号。用C5409的A15引脚和XF扩展存储器片选择信号的产生由3/8译码器引脚控制A15=0时，选择片内RAM;当A15=1,XF=0时选择片外SRAM;当A15=1,XF=1时选择片外Flash;扩展存储器。将外部扩展RAM的64KB中的48KB16用于存储原始图像数据KB用于存储压缩图像、程序和临时数据。

DSP芯片电源电路设计

电源设计中需要考虑的主要问题是功率和散热。功率要求：电流的消耗主要取决于设备的激活性，即CPU外设功耗主要取决于正在工作的外设及其速度CPU外设功耗相对较小。以TMS320C5409为例，进行FFT所需的电源电流最大。因此，在设计电源时，必须考虑在电源电流和实际电流之间留下一定的裕度，因为峰值电流会更大，至少20%.

C5409采用双电源供电机制，工作电压为3.3V和1.8V.其中，1.8V主要为DSP内部逻辑提供电压，包括CPU所有其他外设逻辑。3.外接口引脚.3V电压。采用了该系统的电源TI公司两路输出电源芯片TPS73HD318是双输出稳压器。输出电压一路为3.3V、一路为1.8V,每个电源的最大输出电流是750mA.

JPEG图像压缩算法

JPEG算法的优化

尽管JPEG基本系统可以低压缩图像，但是DCT和IDCT在软件实现的过程中，是最耗费时间的运算，而且，由于没有考虑图像本身的频谱特性，JPEG所有图像压缩的量化表不一定是最好的。采用快速DCT算法可以提高软件的速度，提高软件的实时性。同时，根据图像本身的频谱特性，自适应改进JPEG推荐量化表。

快速DET算法

如果把一幅图像分成许多8×8小块后直接进行2D-DCT转换，计算量会很大。所以，需要8×8二维DCT转换为两次8点的一维转换DCT复合运算。具体做法是对每个8×八块先列方向DCT转换，得到中间矩阵，然后对矩阵各行进行DCT变换。可以看到，8×8矩阵TI授权代理商的2维DCT可转换为16次一维8点DCT.

目前很多都是针对一维的DCT运算的DCT已经提出了快速算法。Loeffler算法所需的计算量最小。Loeffler算法将维算法DCT操作分为4级。由于各级输入/输出之间存在依赖关系，必须串行进行4级操作，各级内部操作可以并行处理。

流程图中有三个运算因素:蝶形因素、旋转因素和倍乘因素。蝶形因素的运算关系如下:

D0=I0 I1

O1=I0-I1

加法需要两次，倍乘因子的输入/输出关系相对简单：，只需乘法一次，旋转因子的运算关系如下：

需要4次乘法和2次加法。如果输入/输出关系变化如下：

乘法只需3次，加法3次。