JPEG软件解码及其在ARM7上的实现

摘  要： 介绍了一种用ARM7实现JPEG控制解码的方案。采用LPC2478软件解码JPEG图像并将图像实时显示在具有LVDS接口的TFT_LCD显示器上。在硬件设计中，解决了LVDS信号与LPC2478的LCD控制器输出信号的转换问题，并对解码及显示所需内存大小作了详细的分析；针对JPEG解码中的Huffman解码、IDCT变换等步骤提出了优化方法，使解码速度在一定程度上有了较大的提升，实现了在主频不很高的LPC2478上解码并显示JPEG图像。
关键词： LPC2478；LVDS；JPEG；软件解码；算法优化
   　JPEG作为一种成熟的图像压缩标准，具有压缩效率高、恢复的图像质量好、易于实现等优点[1]，已经得到了广泛的运用。随着现代嵌入式技术的快速发展，各类电子产品为了进一步降低成本，JPEG技术也越来越多地受到各种小型嵌入式产品的青睐。目前嵌入式系统方面对JPEG图像软件解码较多地应用在DSP和多核等高速处理器上[2-3]。
　本文提出一种基于ARM7处理器LPC2478的软件解码JPEG方案，同时将图像显示在高分辨率10.4英寸的、具有LVDS接口的TFT_LCD液晶显示器AA104SG02上。
1 硬件设计及实现
　以LPC2478为控制核心的小型嵌入式系统硬件实现框图如图1所示。
   
   　LPC2478是一款NXP公司生产的基于ARM7的微控制器[4]，拥有丰富的片上资源，在嵌入式控制领域得到了广泛的运用。LPC2478的内核为32 bit的ARM7TDMIS处理器，CPU工作频率最高可达72 MHz，片上Flash为512 KB，SDRAM为96 KB，Falsh、SRAM、SDRAM可扩展(SDRAM最大可扩展到1 024 MB)，带SSI、USB、UART等多种外设接口。此外，LPC2478还带有LCD控制器，支持TFT及STN显示模式。
　AA104SG02为三菱公司推出的10.4型SVGA TFT_LCD显示屏[5]，分辨率为800×600，亮度为400，对比度为500：1，输入电压为3.3 V，标准工作频率为40 MHz，支持多种数据格式，电气接口为LVDS信号。LVDS信号是一种能够满足大数据传送需求的差分信号技术，具有功耗低、可靠性高及高速传送等特点。
　在LPC2478控制LCD显示模式下，LCD显示数据的位宽度为16 bit，采用数据格式为R：G：B=5：6：5。LCD控制器输出的信号有RGB数字信号、像素点时钟(PCLK)、行同步时钟(HSYNC)、场同步时钟(VSYNC)及其他控制信号，这些信号均以并行方式输出，因此，LPC2478的LCD控制器的输出并行信号与AA104SG02的LVDS信号不能直接连接，必须在两者之间加驱动电路，将并行信号转换为LVDS差分信号。驱动芯片DS90383是一款信号传输转换芯片，可将接收到的TTL/CMOS数据转换为LVDS数据流，支持VGA、SVGA等更高分辨率，输入时钟为20 MHz~60 MHz，3.3 V单电源供电。因此，利用DS90383可实现两者之间的信号转换。
　在液晶控制器中，需要为显示数据提供相应大小的缓存。屏幕为800×600像素，每个像素占2 B，则需要960 000 B的SDRAM作为显示缓存。此外，在JPEG解码过程中，需要缓存原始JPEG图像数据、JPEG解码中间数据等，对于一幅800×600的JPEG图片来说，解码需要2 MB左右的缓存空间。而LPC2478的片上SDRAM远远不能满足空间要求，因此，本系统外扩了一个32 MB的SDRAM。与此同时，考虑到在实际应用中需要更换不同的显示图片，但又不可能把很多幅图片都存储在芯片内，为此，还外接了一个大容量SD卡。当需要显示某个图片时，LPC2478可从SD卡中读取图片，解码后显示在LCD上。
2 JPEG软件解码算法优化及实现
　JPEG解码技术主要包括获取图像基本信息、建立解码码表、Huffman解码、反量化、反Zig-Zag、IDCT及颜色空间转换。JPEG解码流程图如图2所示。