LED大屏幕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

1、遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：led大屏幕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)4中心：內(nèi)蒙r1!學(xué)中心學(xué)號：090f31133016姓 名：范濤專業(yè)：電氣工程及艽自動化指導(dǎo)教師：張偉2015 年 8 月 15 円中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師指導(dǎo)意見表學(xué)生姓名：范濤 學(xué)號：090f31133016 專業(yè)：電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：led大屏幕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師意見：（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌 握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī) 范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）

2、填寫要求：1.請指導(dǎo)教師按以上要求填寫意見，2.學(xué)生在上傳論文時(shí)不得將以上括號內(nèi)的內(nèi)容刪除。3.當(dāng)學(xué)生論文評閱成績不及格重寫時(shí)，指導(dǎo)教師要重新填寫意見及新的指導(dǎo)日 期。（指導(dǎo)教師填寫指導(dǎo)意見時(shí)請將填寫要求刪除）指導(dǎo)教師結(jié)論：（合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名所在單位指導(dǎo)時(shí)間中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱教師評閱意見表學(xué)生姓名：范濤 學(xué)號：090f31133016專業(yè):電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：led大屏幕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)評閱意見：（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握； 所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用

3、的規(guī)范性等。 還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）填寫要求：1.請?jiān)u閱教師按以上要求填寫意見，2.上傳論文時(shí)不得將以上括號內(nèi)的內(nèi)容刪除。3.當(dāng)學(xué)生論文評閱成績不及格重寫時(shí)，評閱教師要重新填寫意見及新的評閱日期。 （評閱教師填寫指導(dǎo)意見時(shí)請將填寫要求刪除）修改意見：（針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格，并 可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱成績（百分制）：評閱結(jié)論：（同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評閱人姓名所在單位評閱時(shí)間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文led大屏幕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是本人在異師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研宄工作所

4、取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均己明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員己在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。論文作者（簽字）：范濤日期：2015年8月15日摘要led顯示技術(shù)是近幾年來出現(xiàn)的新技術(shù)，在0前現(xiàn)冇的led人屏幕控制系統(tǒng)中， led顯示屏是由發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊組成的大面積屏幕顯示系統(tǒng)，可以動態(tài)顯示文字、 圖像等信息，其響應(yīng)速度快、亮度高、使用壽命長且環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因此被廣泛應(yīng)用 于金融、交通、廣告宣傳等信息顯示領(lǐng)

5、域。led顯示屏的關(guān)鍵技術(shù)在于控制器的設(shè)計(jì)。0前，大多數(shù)led顯示屏控制器的核 心處理單元采用8位或16位微處理器，在運(yùn)算速度、存儲容量和通信能力等方面都存 在很多局限性。針對以上問題，在借鑒了前人研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種具冇 較高存儲效率和多種通信方式的異步彩色led顯示屏控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:led顯示屏灰度調(diào)制圖像壓縮整數(shù)小波變換目錄> 冃 ij g1二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2（一）驅(qū)動電路介紹2（二）顯示屏主控制器3（三）通信接口設(shè)計(jì)4（四）上位機(jī)用戶操作平臺5三、顯示屏驅(qū)動vlsi設(shè)計(jì)7（一）顯示屏驅(qū)云力原理7（二）led彩色顯示原理7（三）顯示屏驅(qū)動vlsi設(shè)計(jì)7（四）fif

6、o緩沖區(qū)vlsi設(shè)計(jì)9四、顯示屏的圖像壓縮技術(shù)11（一）圖像壓縮解壓過程11（二）整數(shù)小波變換11（三）iwt圖像壓縮技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)12五、總結(jié)13參考文獻(xiàn)14一、刖目發(fā)光二極管（led）是上世紀(jì)60年代末出現(xiàn)的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，但在當(dāng)時(shí)由于發(fā) 光效率較低且價(jià)格高而沒有得到很好的推廣。信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了平板顯示（fpd） 技術(shù)的不斷進(jìn)步，lcd （液晶）、pdp （等離子）以及l(fā)ed （發(fā)光二極管）等顯示新技 術(shù)在顯示屏幕領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，lcd（液晶）技術(shù)成為主流，其產(chǎn)品眾多，市 場機(jī)制也比較成熟。雖然lcd技術(shù)己經(jīng)取得巨大成功，但人們?nèi)匀粵]有停止對新技術(shù) 的探索和研宄，led顯示

7、技術(shù)就是近幾年來出現(xiàn)的新技術(shù)，led技術(shù)以其獨(dú)特的亮度 高、耗低、壽命長等特點(diǎn)而受到越來越多的關(guān)注?；趌ed技術(shù)的大屏幕顯示屏己經(jīng) 廣泛用于廣場、機(jī)場、體育場館和車站等公共場所，在大屏幕上顯示文字、動畫、閣像 以及視頻等多媒體信息。led大屏幕控制系統(tǒng)在顯示信息時(shí)，不需要經(jīng)過計(jì)算機(jī)對數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，是直接讀取存放在顯示器緩沖區(qū)中的信息來顯示的，當(dāng)需耍更新信息時(shí)， 顯示屏的數(shù)據(jù)采集模塊向顯示模塊發(fā)送新數(shù)據(jù)。本文利用高速數(shù)據(jù)存儲和處理的技術(shù)方 法，設(shè)計(jì)了一種lcd大屏幕顯示控制系統(tǒng)。二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的異步led顯示屏控制器，其整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如閣2 1所示。由閣可見, 本系統(tǒng)主要包括4個(gè)

8、部分:顯示屏驅(qū)動電路部分，主要為顯示屏的led燈管提供驅(qū)動恒 流源;基于arm和cpld的顯示屏主控制器部分，完成閣像重構(gòu)和灰度調(diào)制;基于arm 的通信接口部分，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，接收上位機(jī)的控制信號和閣像數(shù)據(jù);上位機(jī)用戶 操作控制平臺部分，實(shí)現(xiàn)閣像數(shù)據(jù)壓縮以及對顯示內(nèi)容的修改。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流閣如閣 2 2所示，其中的整數(shù)小波變換、閩值量化和行程編碼在上位機(jī)完成，行程解碼、整 數(shù)小波反變化和位平面格式轉(zhuǎn)換在arm上實(shí)現(xiàn)，灰度調(diào)制由cpld中的邏輯電路實(shí)現(xiàn), 最后輸出到led顯示屏顯示。2-1 led顯示屏控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-2 led顯示屏控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（一）驅(qū)動電路介紹led驅(qū)動芯片可分為

9、通用芯片和專用芯片兩種。所謂的通用芯片，其芯片本身并非 專門為led而設(shè)計(jì)，而是一些符合led顯示屏邏輯功能需求的芯片。通用芯片一般用 于led顯示屏的低檔產(chǎn)品，如戶內(nèi)的單色屏，雙色屏等。最常用的通用芯片是74hc595。 74hc595具有8位鎖存、串一并移位寄存器和三態(tài)輸出。每路最大可輸出35ma的電流 （非恒流）。本系統(tǒng)采用的驅(qū)動電路原理如閣2 3所示:以一個(gè)16行x64o列的led點(diǎn)陣單元為例，驅(qū)動芯片采用74hc595。采用其他恒流驅(qū)動芯片吋電路原理上與此一致, 只是有些芯片支持8位恒流源，有些支持16位恒流源。2-3驅(qū)動電路原理示意圖以上電路屮采用多個(gè)74hc595串聯(lián)鎖存待顯示的

10、數(shù)據(jù)，使用mosfet提供行驅(qū)動 電流，使用兩片74hc138并聯(lián)實(shí)現(xiàn)4/16片選用于控制16行之間的順序掃描。整個(gè)電 路工作過程:先通過串行時(shí)鐘sck將待顯示數(shù)據(jù)ser寫入移位寄存器74hc595屮，再 通過rc將74hc5屮的數(shù)據(jù)鎖存輸出，然后過a、b、c、d片選信號選通其屮一行的 行驅(qū)動電路，使能en信號允許顯示，則其屮一行l(wèi)ed即可按照給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)亮，控制 en脈沖寬度，即可重現(xiàn)灰度信息。全彩色led屏使用的是紅綠藍(lán)三原色，另外兩色的驅(qū)動電路與此電路完全相同， 共用片選a、b、c、d和sck、rck、en控制信號線，只是添加了相應(yīng)數(shù)量的74hc595 鎖存器和數(shù)據(jù)輸入信號線ser。顯示

11、屏主控制器要在led顯示屏上顯示一幅圖像，arm和cpld必須要協(xié)同工作，先后完成存儲 器中圖像數(shù)據(jù)讀取、圖像解壓、顯示效果制作、灰度調(diào)制、產(chǎn)生顯示屏的驅(qū)動邏輯等各 個(gè)部分功能。圖2-4epm5702-4 led顯示屏主控制器電路示意圖arm與cpld之間通過數(shù)據(jù)總線連接，s3c44box通過片選2選通cpld中的數(shù) 據(jù)緩沖區(qū)，故arm輸出數(shù)據(jù)基地址為0x40000000。arm先將flash中存儲的圖像 數(shù)據(jù)拷貝到sdram中，經(jīng)過一定的處理后，調(diào)用不同的動態(tài)顯示效果程序?qū)dram 中的圖像數(shù)據(jù)循環(huán)寫入cpld緩沖區(qū)，cpld產(chǎn)生相應(yīng)的吋序轉(zhuǎn)換，串行輸出至led 驅(qū)動電路。（三）通信接口設(shè)

12、計(jì)1、串口通信設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的串口通信硬件電路原理閣如閣2-5所示:s3c44box自帶了兩路串口，本系 統(tǒng)只使用了其中的uarto,將rxdo和txdo信號通過max3232芯片轉(zhuǎn)換成rs232 電平，通過申口接插件實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)申口連接。:c50 0 luf0 luixdorxdonrtsonctso1 vccc1+ lcl- v-c2< c2- t1intiout - r1ovtrun - t2int2ou1 r2outr2(n 166x52o.luf15ii1210max3232c1413：c53 0 luf=c545 t0,ttm0-oconnector2-5 串口通信硬件電路原理圖

13、2、無線射頻通信設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用nrf905無線射頻收發(fā)模塊，通信距離可達(dá)100m,傳輸速度可達(dá) 10okbpso（1）nrf905芯片特點(diǎn)與功能n孫905是挪威nordiclsl公司推出的單片射頻收發(fā) 芯片，工作電壓為l.gv3.6v,可以工作于433/868/9巧mhz三個(gè)ism（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī) 學(xué)）頻道。n盯905芯片的內(nèi)部詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2-6所示:nrf905片內(nèi)集成丫電源管理、品 體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等模塊，片內(nèi)硬件完成曼徹斯特編 碼/解碼。在shockbtirsttm工作模式下，nrf905會自動完成數(shù)據(jù)包義處理并進(jìn)行crcv8psiso-svooh11<

14、;s 1vsspej<8 5-1<8 §vss <就>vssm4><s 5-1vss:，vsssltvss51 1imopo)8cm"!，二 csw"3)二tx addrtxrx22122lvofiaqereflutetcxscryttxoscatorxcitrx-ce<1>pwr-upp)廠tx.6n |33)congshockfiurmownodcc(6>_ amfn or(8)二oatasbcercftc coda'2氣戶aodrnsdecodeukxk3)l)fg imonchwlorencod

15、er/frequencysynlhesittfvoopa(ie>ant1(2o»ant2(2u2-6 nrfgos的功能模塊圖（2）無線射頻通信軟件設(shè)計(jì)s3c44box通過設(shè)置trxeece、pwr-up, txesen引腳為不同的電平組合，使n 盯905處于不同的工作模式下;通過spi接u, s3c44box可以配置n盯905的頻率、 發(fā)送功率、數(shù)據(jù)包通信字節(jié)數(shù)等;而n舒905通過cd、am, dr引腳將其工作狀態(tài)向 s3c44box報(bào)告，根據(jù)這些狀態(tài)信息，s3c44box可以使用spi將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入n 盯905或者從n盯905讀取接收到的數(shù)據(jù)。（四）上位機(jī)用戶操作平臺上

16、位機(jī)用戶操作平臺軟件的設(shè)計(jì)，其主要工作包括:提供用戶接門，設(shè)計(jì)通信功能和 進(jìn)行圖像壓縮處理等。上位機(jī)用戶操作流程:第一步，用戶制作顯示的a容，將要顯示的 內(nèi)容轉(zhuǎn)換成適合顯示屏大小的位圖圖像;接著軟件對位圖圖像進(jìn)行分色處理，將r、g、 b三原色提取出來，分別存儲;第二步進(jìn)行圖像壓縮處理，包括整數(shù)小波變換、閡值量化 和行程編碼;第三步，得到壓縮圖像后，配置此圖像在led顯示屏上的動態(tài)顯示方式， 其設(shè)置界面如圖2-7所示，包括動作選擇和速度控制;第四步，配置通信端門參數(shù)，以網(wǎng) 口為例，其參數(shù)如圖2-8所示，包括顯示屏的1p地址、子網(wǎng)掩碼和tcp端門號等;第五 步指定圖像在flash屮的存儲位置，選擇

17、通信方式后即可發(fā)送數(shù)據(jù)至顯示屏存儲器， 具體界面如圖29所示。2-7 led顯示屏圖像顯示方式配置2-8網(wǎng)絡(luò)通信端口配罝越ha tiw敵亨2-9閣像下載參數(shù)配三、顯示屏驅(qū)動vlsi設(shè)計(jì)（一）顯示屏驅(qū)動原理1、直流驅(qū)動就是通過穩(wěn)定電源，經(jīng)限流電阻為led提供電流的方法。這種方法雖 然簡單，但是不能在led屏上使用，因?yàn)閘ed正向特性陡峭，加上元件參數(shù)的離散性, 即使相同的電源，相同限流電阻，每個(gè)led電流也不盡相同，表現(xiàn)為led的亮度不均, 而且這種方式不易調(diào)節(jié)每個(gè)led亮度，所以無法標(biāo)識圖像信息。2、采用三極管進(jìn)行恒流驅(qū)動，基木上克服了 led參數(shù)離散性，led管的正向電流:1 :f rl （

18、2-1）其中屹為電源電壓，魷為led開啟電壓，vc。為三極管飽和壓降，凡為負(fù)載電阻。 由公式可知外部電阻的離散性，以及三極管的參數(shù)離散性對電流還是有一些影響的，耍 保證電流的一致性，要求這些元件的參數(shù)有很好的一致性。3、利用人眼的視覺暫留特性，采用向led器件重復(fù)通斷供電的方法使之點(diǎn)亮，就 是通常所說的脈沖驅(qū)動。要想獲得與直流驅(qū)動方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度，脈沖驅(qū)動電流的平 均值壽就應(yīng)該與直流驅(qū)動的電流值相同。（二）led彩色顯示原理由led的亮度公式可知，led的亮度控制方法有兩種，驅(qū)動電流控制法和驅(qū)動脈 沖占空比控制法。前者是通過控制恒流驅(qū)動的電流大小，來控制led的亮度，在工程 上是很難實(shí)現(xiàn)的。

19、占空比調(diào)節(jié)的方法是一種工程可實(shí)現(xiàn)的方法，現(xiàn)在的led圖像屏均 采用此方法，其調(diào)制原理是:在一定的掃描周期內(nèi)，如在120丄的刷新率時(shí)，每個(gè)led 的點(diǎn)亮周期是8.33ms。占空比為1時(shí)完全點(diǎn)亮（相當(dāng)于靜態(tài)最亮），它對應(yīng)于8位二進(jìn)制 數(shù)8 bllllllll,占空比為0時(shí)完全不亮，對應(yīng)于8位二進(jìn)制數(shù)8 boooooooo。在保持驅(qū) 動電流恒定的情況下，把表示亮度的二進(jìn)制數(shù)線性地轉(zhuǎn)換成對應(yīng)占空比脈沖，則形成o -255個(gè)不同寬度的脈沖，對應(yīng)于led的256個(gè)亮度階梯。（三）顯示屏驅(qū)動vlsi設(shè)計(jì)1、位平面表示以m行n列的大屏幕為例，它由mxn個(gè)像素點(diǎn)組成（每個(gè)像素點(diǎn)由紅、綠、藍(lán)三 個(gè)led管組成），

20、進(jìn)行圖像顯示時(shí)，led人屏幕是按幀頻來刷新的，一幀圖像可用一個(gè) m行n列的矩陣表示，其表達(dá)式公式如下：rr+gg-bb rr + gg+be十+rmnr + gmng + bmnb （2-2）2、灰度調(diào)制單元設(shè)計(jì)由于在一定的顯示重復(fù)掃描頻率下，led器件的亮度可以由發(fā)光時(shí)間t。與掃描周 期t的比t。/t（占空比）進(jìn)行控制。用占空比調(diào)節(jié)led的亮度，是發(fā)光能量與人眼暫留 作用兩者相結(jié)合的產(chǎn)物。在相同的led正向電流作用下，t。越長發(fā)光能量越大，只要 周期性掃描的速度足夠快的話，人眼發(fā)覺不了一個(gè)周期內(nèi)不發(fā)光的部分（即無閃爍現(xiàn)象）, 只是感覺led的亮度更高?；叶日{(diào)制實(shí)際上就是調(diào)節(jié)占空比大小。（1）

21、通用的占空比控制方案及其存在的問題由一個(gè)sbit列數(shù)據(jù)寄存器、一個(gè)sbit計(jì)數(shù)器以及一個(gè)sbit數(shù)據(jù)比較器組成。列數(shù)據(jù) 寄存器中保存有當(dāng)前掃描行某一列的sbit灰度數(shù)據(jù)，其值由輸出端送往比較器。計(jì)數(shù)器 對時(shí)鐘脈沖clk進(jìn)行計(jì)數(shù)，clk的周期tc,設(shè)計(jì)成當(dāng)sbit計(jì)滿時(shí)恰好等于行掃描周期 t,即t二256*兀。計(jì)數(shù)值輸出到比較器。比較器的輸出用于驅(qū)動led燈，從計(jì)數(shù)一 開始就令比較器輸出有效，使led點(diǎn)亮，直到比較器的兩個(gè)輸入相等時(shí)停止。這樣， 列寄存器數(shù)據(jù)控制了點(diǎn)亮?xí)r間，即占空比。3-1采用比較器/計(jì)數(shù)器占空比控制電路示圖3-1采用比較器/計(jì)數(shù)器占空比控制電路示意閣 （2）位平面掃描控制原理及

22、其設(shè)計(jì)根據(jù)前面的顯示屏驅(qū)動電路原理，74hc595的sbit寄存器，每一 bit控制一列l(wèi)ed, sbit控制了 8列l(wèi)ed。而灰度級的sbit數(shù)據(jù)是只控制一列l(wèi)ed的發(fā)光強(qiáng)度的，問題的關(guān) 鍵在于如何實(shí)現(xiàn)lbit的輸出反映sbit的灰度級。為了解決這一問題，通過前面位平面表 示方法的分析，采用了申行傳輸技術(shù)，在掃描顯示過程中，每次傳輸和顯示的某一列數(shù) 據(jù)只是sbit（d7"，d0）灰度級數(shù)據(jù)中l(wèi)bit,這樣，傳輸并顯示8次，就可以反映出sbit的 灰度來了。針對1/h淚掃描方式，整個(gè)屏幕分成叨m/h部分，對于每一部分首先掃描顯示h 行各列sbit灰度值的dobit,從第一行開始，首先

23、送這一行各列do位灰度值數(shù)據(jù)到各 列移位寄存器鎖存，然后，送第二行各列的do位數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示第一行的數(shù)據(jù)，依次 類推，直到顯示第h行各列的do位數(shù)據(jù)，同吋開始送第一行的di位數(shù)據(jù)。以dobit 相同的顯示方式，順序完成dibit直至d7bit的h行掃描顯示，這樣就完成了一幀數(shù)據(jù) 的掃描過程。（3）灰度調(diào)制電路的verilog程序設(shè)計(jì)與仿真統(tǒng)的led顯示屏驅(qū)動邏輯電路在cpld中完成，灰度調(diào)制單元的各個(gè)主要部分包 括灰度值產(chǎn)生器、數(shù)據(jù)選擇器和各類計(jì)數(shù)器等功能。通過時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，從緩沖區(qū)讀 取圖像數(shù)據(jù)，通過串行時(shí)鐘將數(shù)據(jù)移位輸出，產(chǎn)生灰度控制占空比時(shí)序，采用1/16分行 掃描方式，其程序流程圖如

24、圖3-2ui3-2灰度產(chǎn)生程序流程圖）fifo緩沖區(qū)vlsi設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用arm作為主處理器，略了以往設(shè)計(jì)方案中的雙ram緩存，arm與冇足夠的能力和速度實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)，所以省cpld之間直接通過數(shù)據(jù)總線通信，節(jié)省 了成本。但是鑒于arm和cpld的數(shù)據(jù)處理速度不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)從節(jié)約成本角度考慮，未采用雙端口 ram芯片，而是利用epm57（k， 富的內(nèi)部邏輯單元，設(shè)計(jì)了一個(gè)16bit*8大小的同步hfo緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)arm與cpld 之間的數(shù)據(jù)同步。s3c44box通過16位數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)下傳，通過片選2選通，故其寫數(shù)據(jù)地址可 使用0x04000000。由于

25、arm與cpld的處理速度不相同，fifo中的數(shù)據(jù)狀態(tài)可能冇 多種情況，為了保證數(shù)據(jù)的正確性，設(shè)計(jì)緩沖區(qū)同時(shí)設(shè)置了寫滿和讀空狀態(tài)。將寫滿狀 態(tài)引腳接入arm的gpio, arm通過檢測此gpio 口狀態(tài)，查詢是否寫滿，如果寫滿, 則暫停寫入，如果沒冇寫滿，則可連續(xù)輸出數(shù)，直到一幀數(shù)據(jù)寫完。led顯示屏的邏輯 驅(qū)動單元通過讀取fifo緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，調(diào)制灰度后輸出顯示。通過檢測empty信號是 否為有效，如果不為空，則可連續(xù)讀取，如果為空，則一直査詢等待。bof-fifo為m步fifo單元，在本系統(tǒng)中，采用了 altera的ipm模塊設(shè)計(jì)，其時(shí)序圖 如圖3-3所示，其中clock為主控時(shí)鐘;rdr

26、eq和wrreq分別為讀寫請求信號，高電平存效， 由吋鐘信號上升沿采樣;empty和full為緩沖區(qū)狀態(tài)信號;data為輸入數(shù)據(jù)，q為輸出數(shù) 據(jù);aclr為異步復(fù)位信號，高脈沖清空緩沖區(qū)，初始化狀態(tài)信息。經(jīng)過編譯綜合，得出此 模塊占用的邏輯單元為158個(gè)，只占用此芯片總邏輯單元數(shù)570個(gè)的28%。aclrclockdateixdxoqvrreqexptyfullqusedv:xxxx0005rntoooi x0：3-3同步fifo吋序圖（一）像壓縮解壓過程u!顯示屏的圖像壓縮技術(shù)壓縮過程包括圖像分解、數(shù)據(jù)量化和壓縮編碼，解壓過程包括解碼和圖像重構(gòu)。圖 像分解也就是圖像變換，其目的就是將相關(guān)性強(qiáng)

27、的圖像數(shù)據(jù)變換成相關(guān)性弱的數(shù)據(jù)，使 得變換后數(shù)據(jù)的能量盡可能集中在少許系數(shù)上，圖像變換一般采用線性變換（如fourier 變換、dct變換、walsh變換、小波變換等），其逆變換必須存在，以便于進(jìn)行圖像重 構(gòu)。由于變換后的高頻部分?jǐn)?shù)據(jù)有很多會接近于零，冊1除以零為中心一定閡值范圍內(nèi) 的數(shù)據(jù)，以損失一些不重要的高頻信息換取更大的壓縮比，這就是數(shù)據(jù)量化，一般包括 兩種量化方法，標(biāo)量量化（scalarquantization,簡寫sq）和矢量量化（vecto:quantization， 簡寫vq）,標(biāo)量量化是對單個(gè)像素進(jìn)行量化，而矢量量化是對一組像素進(jìn)行量化，由于 量化改變數(shù)據(jù)值，將損失一些信息，使

28、得原始圖像與重構(gòu)圖像之間產(chǎn)生了誤差。量化后 的圖像，依據(jù)數(shù)據(jù)符號出現(xiàn)的概率大小重新分配碼字，將概率大的符號用低比特碼字， 概率小的符號用高比特碼字經(jīng)過編碼，可得到壓縮效果，常用的壓縮編碼方法如huffman 編碼、算術(shù)編碼、行程編碼等。解碼方法與編碼方法相對應(yīng)，計(jì)算過程為其逆運(yùn)算，如 采用行程編碼，則對應(yīng)行程解碼:圖像重構(gòu)方法與圖像分解方法相對應(yīng)，計(jì)算過程也是采 用其相應(yīng)算法的逆運(yùn)算，如圖像分解采用小波變換，則圖像重構(gòu)采用相應(yīng)的小波反變換。（二）整數(shù)小波變換1、提升方案原理取原始信號（數(shù)據(jù)集）s，提升后得到低分辨率信號凡一，和細(xì)節(jié)信號價(jià)一，提升方 案的實(shí)現(xiàn)分為三個(gè)步驟:分裂（split）、預(yù)測

29、（predict）、更新（update）卜分裂:將原始信號s， 分裂為兩個(gè)較小的子集凡、和峨一，使其交為空集，常用的方法就是將sj分為奇數(shù)、 偶數(shù)兩序列。splits= （even,odd） = “）（4 "2、預(yù)測:利用原始數(shù)據(jù)相關(guān)性由凡一，去預(yù)測子集佑一，即凡一，=p（sj，）0預(yù) 測算子p反映了數(shù)據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)的模型。實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)測值p（sj i）很可能接近佑一，這樣就可用凡一，與p（sj ，）的差值來代替弓一，即dh'=d卜'-尸（醐，- p（sm）（4-2）3、更新:由于預(yù)測一般不能保持原始數(shù)據(jù)集s，中的某些整體性質(zhì)，如圖像處理中 要求子圖像sj ，保持原有圖

30、像的亮度，即像素平均值不變，但分裂和預(yù)測繼續(xù)到凡一。 僅含一個(gè)像素時(shí)，它是原圖像中的任意像素值，而不是總體平均值，故需更新。為此要 構(gòu)造一個(gè)更新算子u去更新凡一，：（三）iwt圖像壓縮技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)利用整數(shù)小波變換進(jìn)行圖像分解，實(shí)現(xiàn)圖像的低分辨率信號和細(xì)節(jié)信號分離。通常 冇兩種分解方法:標(biāo)準(zhǔn)分解和非標(biāo)準(zhǔn)分解，都可以得到相同的變換結(jié)果。由于非標(biāo)準(zhǔn)分解 計(jì)算量少一些，所以本系統(tǒng)采用了后一種方法。其先使用一維整數(shù)小波變換對圖像的每 一行進(jìn)行相應(yīng)的行變換，解成比較窄的頻帶，然后再對每一列進(jìn)行列變換，得到分辨率 為原圖像1/4把低頻部分分人小的低分辨率圖像，如此則完成整個(gè)圖像的一級整數(shù)小波 變換，下一級

31、小波變換過程與此一樣，但是分解的對象只針對上一級變換后的低頻部分, 高頻部分不再處理。依此類推，對于多級分解過程，行列變換交替進(jìn)行，高低頻數(shù)據(jù)分 塊存放。整數(shù)小波變換實(shí)現(xiàn)圖像的高低頻信息分離，將圖像的低分辨率信號集中到一起，其 余都為高頻信號，其數(shù)量多，但數(shù)值一般較小，大多在接近于0左右，所以采用一定的 閡值進(jìn)行量化處理，將部分不重要的細(xì)節(jié)信號編碼成“0”，對圖像的質(zhì)量不會影響。針 對圖像a變換后的數(shù)據(jù)人。，如果取閩值占1，則新的數(shù)組中“0”的個(gè)數(shù)將會增加20 個(gè);取閉值占2,新的圖像數(shù)據(jù)中“0”的個(gè)數(shù)增加了 24個(gè);如果取咨8,得到的數(shù)組 a,與么。相比，“0”的數(shù)0增加了 40個(gè)，也就是去掉了 40個(gè)細(xì)節(jié)系數(shù)。這樣做的好 處是根據(jù)闡值的變化，可以調(diào)整小波變換后圖像編碼的壓縮比，閩值增人，壓縮比提高。不管是整數(shù)小波變換還是閩值量化，或者只能實(shí)現(xiàn)高低頻信號的分離，即去圖像數(shù) 據(jù)的相關(guān)性，或者刪除不重要信息，將高頻信息零值化，圖像的數(shù)據(jù)量大小并未發(fā)生變 化，因此，必須經(jīng)過一定的重新編碼后，圖像的實(shí)際存儲空