嵌入式方面有关本科毕业论文格式,关于嵌入式图像处理系统中JPEG技术相关硕士学位论文

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【摘 要 】随着电子信息技术的发展,嵌入式系统在各行业都应用广泛起来.嵌入式图像处理系统作为嵌入式系统应用的一部分,在我们生活、工作中也越来越重要 .本文详细描述了Linux下图像采集模块中串口摄像头使用的JPEG技术的相关原理.

【关 键 词 】JPEG,图片压缩,嵌入式,串口摄像头

1.引言

当搭建起嵌入式系统的软件平台,建立操作系统、文件系统,开发对应的应用程序,即可建立相应系统模块.摄像头的应用程序在操作系统平台上,要完成的是采集图像数据信息,并把采集到的数据进行打包.图像采集即向串口设备输入指令,进而读出数据,获得图像.但是嵌入式系统资源有限,有时受传输带宽及存贮容量的限制,常常需要使用图像压缩技术[1]来将原始数据压缩后再存贮或传输,从而使嵌入系统的资源得到更好的利用.串口摄像头输出的文件数据是标准的16进制JPEG文件格式.JPEG是一种基本的图像压缩方式,JPEG 压缩充分利用了人类视觉对色彩空间中高频数据信息不敏感的特性,将图像压缩损失部分定位到了视觉不易察觉的位置,从而简化了需处理的数据信息.本文对串口摄像头的使用及JPEG编解码过程做了概述.

2.串口摄像头

串口摄像头作为图像采集处理设备具有采集图像、控制拍摄、红外补光、数据压缩、数据传输等功能.可以和标准的RS232接口进行通信,数据传输协议可以使摄像头与电脑及各种嵌入式设备进行连接.

本文选用JPEG串口相机LS-Y201,通过简单的串口指令控制图像的拍摄、获取.摄像头得到取图命令便开始采集图像,图像压缩为JPEG格式输出,摄像头传递方式采用分包传递,每传递一个数据包,在得到确认命令之后,再传递下一个包,直到图像传输完成.数据传输相关指令与摄像头建立了同步连接,可设置图像的大小,获取图像,并保存. 串口摄像头拍摄流程图如图1所示.

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图1 串口摄像头拍摄流程

串口摄像头得到的数据中FF D8为图片开始标识,FF D9为图片结束标识,中间部分为标准JPEG文件数据.JPEG文件数据由头文件和图像数据两大部分组成,而头文件包含了图像大小,采样因子,量化表,Huffman表等重要信息.下面对JPEG 原理进行详细分析.

3.JPEG 原理详细分析

3.1 色彩空间

人类视觉特性,通常会将RGB 空间表变换到其他色彩空间中.计算机显示器的色彩空间是YCrCb.

YCrCb与RGB空间之间的转换公式：

（1）

色彩空间是图像采样中的问题,不在数据压缩部分.

图2 JPEG文件数据压缩流程

3.2 离散余弦变换（DCT）

DCT变换是将采集数据信息从色彩空间域转换到频率域,可将像素块能量集中到位于矩阵左上角低频域的低频直流系数,而变换后矩阵右下角高频系数系数趋于0[2].DCT变换将信息能量集中,减少了表示图像的数据量,压缩了数据冗余,进而减少了运算时间.

DCT变换的公式为：

（2）

f（i,j）经DCT变换之后,F（0,0） 是直流系数,其他为交流系数.

3.3 量化

量化的算法描述是把频域上各个元素,除以对应该元素的相应常数,得到的结果再四舍五入取最接近的整数.

量化实质是对DCT系数的一种优化,利用人眼对高频信息不敏感的特点来简化数据.量化在保证一定图像质量前提下,丢弃了图像中对视觉效果影响不大的数据信息.量化的多对一映射,使得DCT编码信息损失.量化是JPEG算法过程中主要的有损运算,是图像质量下降最主要的原因.

3.4 “Z”字形排列扫描

量化后,为了减少储存空间,可将低频部份零值放在一起,这样就用到了斜向扫描（Zigzag scan）.“Z”字扫描是对8*8数据