JPEG解码虚拟仿真综合实践

项目简介

本项目旨在实现JPEG图像的解码过程，通过虚拟仿真技术，深入研究JPEG码流的解码模块、代码及仿真分析，最终实现对JPEG文件的完整解码.

研究方法与过程

1. JPEG码流解码模块

• jpeg_input模块
  • 通过data_r和last_b_q接口每次处理两个字节，便于标志位的识别.
  • 利用状态机（LENH、LENL、DATA）实现内部码流控制.
  • 位置计数器用于解析SOF采样精度、图像高宽、色彩通道数、水平采样因子、垂直采样因子等信息.
• jpeg_dht模块
  • 与其他模块协作，如与jpeg_input模块通过数据接口连接，靠valid接口电平使能数据流分析.
  • 负责解析文件头FFC4部分，并构建Huffman码表，为jpeg_mcu_proc模块解析SOS图像数据块部分提供Huffman解码.
  • 可写哈夫曼表构建过程包括表号读取、位码读取、值码解析、查找表构建等步骤，创建的ram大小为8×1024，最多可存1024个码.
  • 查找表解码流程通过lookup_input_i每次传入16bit，查找最短匹配的位序列，识别出变长的Huffman码，生成查找地址lookup_addr_r，通过查找地址查找ram，输出解码值.

2. 代码调试与优化

• jpeg码流显示调试
  • 发现jpeg码流是以字节为单位反序输入的，后续的读写代码再转化为正序.
  • 使用C语言和Matlab代码实现jpeg到mif的转化，结果一致.
  • 解决了不完全显示的问题，原因是代码中地址设置了截至的长度，修改后显示正常，address的位宽为12位，目前够用.
• jpeg_input模块调试
  • 解决了length_q赋值不正确的问题，length_q主要用于读取每个标志位之后的该段的长度信息，实际实验中长度未超出255的范围.
• jpeg_in_top模块调试
  • 解决了显示区域偏移的问题，通过将图片显示的偏移量置0，实现左上角显示.
• 代码fifo读空问题
  • fifo的empty连着jpeg_input的input_valid，last_b_q的赋值已要求input_valid_i为非0.

创新部分

基于SD卡的读取对JPEG文件进行解码

• SD卡的认识
  • SD卡从物理结构看包括存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器等5个部分.
• SD卡中JPEG的存储
  • 使用Winhex文件打开SD卡中的JPEG文件.
• SD卡读取代码实现
  • 实现了从SD卡中读取JPEG文件的代码.
  • 通过Winhex软件获取需要显示的两个图片的地址位置，将两个地址位置给入Verilog代码中，绑定按键，通过按键状态来改变读取地址的位置，实现两张图片的切换.

项目成果

• 成功实现了JPEG码流的解码过程，能够完整解析JPEG图像的各个部分.
• 通过虚拟仿真技术，验证了各模块的功能和协作关系，为后续的硬件实现奠定了基础.
• 创新性地实现了基于SD卡的JPEG文件读取和解码，拓展了项目的应用范围.