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在(zài)本(běn)实验(yàn)中(zhōng)，我(wǒ)们(men)在(zài)FPGA上(shàng)实現(xiàn)了(le)JPEG壓縮和(hé)UDP以(yǐ)太网(wǎng)傳輸。我(wǒ)们(men)的(de)想(xiǎng)法是(shì)從攝像機(jī)的(de)輸入(rù)端獲取(qǔ)一(yī)个(gè)灰度(dù)幀，使用(yòng)JPEG标(biāo)準对(duì)其進(jìn)行編碼，然後(hòu)通(tòng)过(guò)以(yǐ)太网(wǎng)将其傳輸到(dào)另(lìng)一(yī)台(tái)設備（如(rú)計(jì)算機(jī)），所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些都在(zài)硬(yìng)件(jiàn)中(zhōng)。該項目利用(yòng)專用(yòng)硬(yìng)件(jiàn)对(duì)软(ruǎn)件(jiàn)的(de)速度(dù)，为(wèi)嚴格模块(kuài)化(huà)的(de)設計(jì)提(tí)供嚴格的(de)調度(dù)和(hé)控制邏輯。
背景
JPEG图(tú)像壓縮标(biāo)準是(shì)一(yī)種(zhǒng)有(yǒu)損壓縮标(biāo)準，它(tā)使用(yòng)DCT變(biàn)換及(jí)其相關(guān)屬性(xìng)来(lái)顯着減少(shǎo)用(yòng)于(yú)表(biǎo)示图(tú)像的(de)位數。編碼过(guò)程涉及(jí)许多(duō)步驟，这(zhè)些步驟在(zài)我(wǒ)们(men)的(de)設計(jì)中(zhōng)被(bèi)分(fēn)解(jiě)为(wèi)可(kě)分(fēn)離的(de)模块(kuài)。此(cǐ)外(wài)，我(wǒ)们(men)在(zài)系(xì)統中(zhōng)引入(rù)了(le)以(yǐ)太网(wǎng)和(hé)UDP通(tòng)信(xìn)实現(xiàn)。
離散(sàn)餘弦變(biàn)換
離散(sàn)餘弦變(biàn)換（DCT）可(kě)以(yǐ)将有(yǒu)限长度(dù)的(de)數字(zì)序列表(biǎo)示为(wèi)不(bù)同(tóng)頻率的(de)餘弦項的(de)總(zǒng)和(hé)，類(lèi)似于(yú)傅立葉(yè)變(biàn)換如(rú)何将周期(qī)函(hán)數表(biǎo)示为(wèi)不(bù)同(tóng)頻率的(de)正(zhèng)弦之和(hé)。DCT，更(gèng)具體(tǐ)地(dì)DCT-II，由(yóu)于(yú)其高(gāo)能(néng)量(liàng)壓縮特(tè)性(xìng)而(ér)用(yòng)于(yú)图(tú)像壓縮。簡而(ér)言之，大多(duō)數能(néng)量(liàng)（或(huò)原始信(xìn)息）可(kě)以(yǐ)壓縮成(chéng)較小數量(liàng)的(de)比特(tè)。
要(yào)執行JPEG壓縮的(de)第(dì)一(yī)步，首先(xiān)将所(suǒ)讨論的(de)图(tú)像分(fēn)割为(wèi)8x8像素块(kuài)。然後(hòu)将二(èr)維DCT應(yìng)用(yòng)于(yú)每个(gè)8×8块(kuài)。2-D DCT的(de)結果(guǒ)表(biǎo)示在(zài)與(yǔ)矩阵(zhèn)的(de)索引相对(duì)應(yìng)的(de)離散(sàn)頻率处的(de)原始块(kuài)的(de)空間(jiān)頻率信(xìn)息。在(zài)變(biàn)換之後(hòu)，左(zuǒ)上(shàng)角(jiǎo)系(xì)數給(gěi)出(chū)空間(jiān)DC信(xìn)息，而(ér)右(yòu)下(xià)角(jiǎo)系(xì)數給(gěi)出(chū)最(zuì)高(gāo)空間(jiān)頻率（在(zài)水(shuǐ)平和(hé)垂直(zhí)方(fāng)向(xiàng)上(shàng)）信(xìn)息。空間(jiān)頻率表(biǎo)示如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
注意(yì)，左(zuǒ)上(shàng)角(jiǎo)元(yuán)素在(zài)水(shuǐ)平和(hé)垂直(zhí)方(fāng)向(xiàng)上(shàng)具有(yǒu)較低的(de)空間(jiān)頻率，而(ér)右(yòu)下(xià)角(jiǎo)元(yuán)素具有(yǒu)較高(gāo)的(de)頻率。利用(yòng)DCT，大部(bù)分(fēn)原始信(xìn)息可(kě)以(yǐ)從較低頻率系(xì)數（靠近(jìn)左(zuǒ)上(shàng)角(jiǎo)的(de)系(xì)數）重(zhòng)建，因(yīn)为(wèi)这(zhè)些系(xì)數中(zhōng)的(de)高(gāo)能(néng)量(liàng)壓縮。另(lìng)外(wài)，人(rén)類(lèi)視覺系(xì)統对(duì)高(gāo)頻空間(jiān)內(nèi)容中(zhōng)的(de)錯誤不(bù)太敏感(gǎn)。这(zhè)两(liǎng)个(gè)事(shì)实一(yī)起意(yì)味着低頻系(xì)數中(zhōng)的(de)誤差对(duì)于(yú)人(rén)類(lèi)而(ér)言将比高(gāo)頻元(yuán)素中(zhōng)的(de)誤差更(gèng)明(míng)顯。
2-D DCT操作是(shì)可(kě)分(fēn)離的(de)，这(zhè)意(yì)味着它(tā)可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)在(zài)被(bèi)分(fēn)析的(de)块(kuài)上(shàng)應(yìng)用(yòng)1-D DCT两(liǎng)次(cì)来(lái)獲得。首先(xiān)在(zài)块(kuài)的(de)每一(yī)行上(shàng)執行1-D變(biàn)換，然後(hòu)在(zài)行方(fāng)向(xiàng)變(biàn)換的(de)結果(guǒ)的(de)列上(shàng)執行1-D變(biàn)換。可(kě)以(yǐ)使用(yòng)以(yǐ)下(xià)等式獲得1-D DCT系(xì)數：
其中(zhōng)k是(shì)系(xì)數的(de)索引。对(duì)于(yú)JPEG變(biàn)換的(de)情(qíng)況，N總(zǒng)是(shì)等于(yú)8，因(yīn)为(wèi)變(biàn)換被(bèi)應(yìng)用(yòng)于(yú)图(tú)像的(de)8×8块(kuài)。
量(liàng)化(huà)
一(yī)旦将DCT應(yìng)用(yòng)于(yú)8×8块(kuài)，就(jiù)将量(liàng)化(huà)因(yīn)子應(yìng)用(yòng)于(yú)系(xì)數。簡而(ér)言之，該步驟将系(xì)數與(yǔ)具有(yǒu)與(yǔ)能(néng)量(liàng)密度(dù)相關(guān)的(de)步长離散(sàn)化(huà)。低頻系(xì)數采用(yòng)較小的(de)步长進(jìn)行量(liàng)化(huà)，因(yīn)此(cǐ)與(yǔ)使用(yòng)較大步长量(liàng)化(huà)的(de)系(xì)數相比，誤差較小。如(rú)此(cǐ)量(liàng)化(huà)低頻系(xì)數以(yǐ)減少(shǎo)量(liàng)化(huà)誤差的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)。較高(gāo)的(de)頻率被(bèi)賦予較大的(de)步长，從而(ér)降低了(le)不(bù)太重(zhòng)要(yào)的(de)元(yuán)件(jiàn)的(de)精度(dù)。这(zhè)是(shì)壓縮过(guò)程中(zhōng)的(de)有(yǒu)損步驟。
虽然JPEG壓縮标(biāo)準沒(méi)有(yǒu)指定(dìng)要(yào)使用(yòng)的(de)量(liàng)化(huà)矩阵(zhèn)，但这(zhè)是(shì)建議的(de)矩阵(zhèn)之一(yī)。为(wèi)了(le)量(liàng)化(huà)2-D DCT的(de)結果(guǒ)，将每个(gè)系(xì)數除以(yǐ)上(shàng)述矩阵(zhèn)的(de)适當值并舍入(rù)为(wèi)最(zuì)接近(jìn)的(de)整數。
Zig-Zag测序
在(zài)量(liàng)化(huà)之後(hòu)，2-D矩阵(zhèn)被(bèi)重(zhòng)新排列成(chéng)1-D阵(zhèn)列。以(yǐ)一(yī)種(zhǒng)方(fāng)式读(dú)取(qǔ)元(yuán)件(jiàn)，首先(xiān)給(gěi)出(chū)具有(yǒu)高(gāo)能(néng)量(liàng)密度(dù)的(de)系(xì)數。测序以(yǐ)Z字(zì)形方(fāng)法完成(chéng)，使得系(xì)數以(yǐ)增加的(de)空間(jiān)頻率順序排列。使用(yòng)这(zhè)種(zhǒng)方(fāng)法，更(gèng)重(zhòng)要(yào)的(de)系(xì)數出(chū)現(xiàn)在(zài)系(xì)列的(de)前(qián)面(miàn)，而(ér)不(bù)太重(zhòng)要(yào)的(de)系(xì)數出(chū)現(xiàn)在(zài)後(hòu)面(miàn)。
可(kě)變(biàn)大小的(de)遊程編碼
假設使用(yòng)較大的(de)步长量(liàng)化(huà)高(gāo)頻系(xì)數，那(nà)些系(xì)數为(wèi)零(líng)的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)遠(yuǎn)高(gāo)于(yú)低頻系(xì)數。这(zhè)将零(líng)值系(xì)數的(de)候選者(zhě)分(fēn)組，允许我(wǒ)们(men)假設一(yī)系(xì)列零(líng)的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)。
JPEG标(biāo)準的(de)主(zhǔ)要(yào)壓縮源是(shì)可(kě)變(biàn)大小和(hé)行程长度(dù)編碼。壓縮中(zhōng)的(de)該步驟使用(yòng)霍夫曼編碼和(hé)可(kě)變(biàn)长度(dù)編碼的(de)組合。每个(gè)非(fēi)零(líng)系(xì)數被(bèi)轉(zhuǎn)換为(wèi)可(kě)變(biàn)长度(dù)的(de)位串或(huò)代(dài)碼。代(dài)碼包(bāo)含其編号(hào)和(hé)长度(dù)的(de)信(xìn)息（即0與(yǔ)00不(bù)同(tóng)）。
如(rú)前(qián)所(suǒ)述，之字(zì)形組織增加了(le)連(lián)續零(líng)的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)，特(tè)别是(shì)在(zài)阵(zhèn)列末(mò)尾附近(jìn)。为(wèi)了(le)避免發(fà)送連(lián)續的(de)零(líng)，将前(qián)一(yī)个(gè)零(líng)的(de)遊程长度(dù)編碼到(dào)每个(gè)非(fēi)零(líng)系(xì)數的(de)平移中(zhōng)。每个(gè)非(fēi)零(líng)系(xì)數被(bèi)編碼为(wèi)可(kě)變(biàn)长度(dù)代(dài)碼，以(yǐ)及(jí)指示前(qián)一(yī)个(gè)零(líng)運行的(de)“标(biāo)題(tí)”霍夫曼代(dài)碼，以(yǐ)及(jí)VL代(dài)碼的(de)长度(dù)。像素轉(zhuǎn)換表(biǎo)和(hé)Huffman表(biǎo)顯示 在(zài)这(zhè)里(lǐ)。这(zhè)些轉(zhuǎn)換表(biǎo)僅适用(yòng)于(yú)图(tú)像的(de)亮(liàng)度(dù)值。由(yóu)于(yú)我(wǒ)们(men)的(de)系(xì)統完全(quán)处理灰度(dù)图(tú)像。对(duì)于(yú)用(yòng)于(yú)彩色(sè)图(tú)像的(de)色(sè)度(dù)值存在(zài)不(bù)同(tóng)的(de)轉(zhuǎn)換方(fāng)案(àn)。
由(yóu)于(yú)无論长度(dù)如(rú)何，霍夫曼碼都是(shì)唯一(yī)可(kě)識别的(de)，因(yīn)此(cǐ)可(kě)以(yǐ)在(zài)不(bù)知道(dào)长度(dù)的(de)情(qíng)況下(xià)始終(zhōng)識别新的(de)非(fēi)零(líng)值的(de)零(líng)遊程和(hé)大小。然後(hòu)，使用(yòng)由(yóu)霍夫曼給(gěi)出(chū)的(de)大小，可(kě)以(yǐ)提(tí)取(qǔ)以(yǐ)下(xià)VL比特(tè)并将其轉(zhuǎn)換回(huí)适當的(de)非(fēi)零(líng)系(xì)數。除非(fēi)先(xiān)前(qián)已知代(dài)碼的(de)长度(dù)，否則VL代(dài)碼不(bù)是(shì)唯一(yī)可(kě)識别的(de)。
DC與(yǔ)AC
DC系(xì)數的(de)編碼與(yǔ)AC系(xì)數略有(yǒu)不(bù)同(tóng)。由(yóu)于(yú)DC系(xì)數永遠(yuǎn)不(bù)会(huì)具有(yǒu)前(qián)面(miàn)的(de)零(líng)（零(líng)不(bù)在(zài)块(kuài)之間(jiān)延續），因(yīn)此(cǐ)霍夫曼碼僅反(fǎn)映VL碼的(de)长度(dù)。
DC系(xì)數也(yě)以(yǐ)差分(fēn)編碼方(fāng)法編碼。由(yóu)于(yú)DC值基本(běn)上(shàng)是(shì)8×8块(kuài)中(zhōng)所(suǒ)有(yǒu)像素的(de)平均值，因(yīn)此(cǐ)連(lián)續块(kuài)之間(jiān)的(de)DC系(xì)數将具有(yǒu)相似（或(huò)相同(tóng)）的(de)高(gāo)可(kě)能(néng)性(xìng)。不(bù)是(shì)編碼絕对(duì)像素值，而(ér)是(shì)将該值編碼为(wèi)與(yǔ)前(qián)一(yī)个(gè)块(kuài)的(de)DC系(xì)數的(de)差值。例如(rú)，如(rú)果(guǒ)图(tú)像的(de)前(qián)三(sān)个(gè)連(lián)續块(kuài)分(fēn)别具有(yǒu)127,127和(hé)128的(de)DC系(xì)數，則代(dài)碼将分(fēn)别編碼为(wèi)127,0,1（图(tú)像中(zhōng)第(dì)一(yī)个(gè)块(kuài)的(de)DC系(xì)數为(wèi)與(yǔ)0區(qū)分(fēn)，意(yì)味着給(gěi)出(chū)其实際值）。
零(líng)運行和(hé)块(kuài)結束(shù)指示
請注意(yì)，上(shàng)面(miàn)鍊(liàn)接的(de)轉(zhuǎn)換表(biǎo)沒(méi)有(yǒu)容納零(líng)運行时(shí)間(jiān)超过(guò)15的(de)代(dài)碼。这(zhè)是(shì)因(yīn)为(wèi)在(zài)遇到(dào)15个(gè)零(líng)後(hòu)，会(huì)插入(rù)15个(gè)運行的(de)指示符，而(ér)不(bù)是(shì)跟蹤更(gèng)长的(de)流。前(qián)面(miàn)零(líng)運行超过(guò)15的(de)任何非(fēi)零(líng)值都将轉(zhuǎn)換为(wèi)此(cǐ)指标(biāo)，然後(hòu)是(shì)正(zhèng)常代(dài)碼，其中(zhōng)零(líng)運行是(shì)原始15 之後(hòu)的(de)零(líng)數。指标(biāo)顯示在(zài)下(xià)表(biǎo)中(zhōng)零(líng)運行15的(de)情(qíng)況，VL大小为(wèi)零(líng)。
由(yóu)霍夫曼代(dài)碼1010指示的(de)每个(gè)块(kuài)的(de)結尾。該代(dài)碼不(bù)用(yòng)于(yú)任何其他(tā)轉(zhuǎn)換可(kě)能(néng)性(xìng)，因(yīn)此(cǐ)它(tā)用(yòng)于(yú)向(xiàng)解(jiě)碼器指示已到(dào)达(dá)块(kuài)的(de)結尾。
以(yǐ)太网(wǎng)絡
在(zài)開(kāi)放(fàng)系(xì)統互連(lián)參考模型（OSI模型）中(zhōng)，以(yǐ)太网(wǎng)位于(yú)鍊(liàn)路(lù)层和(hé)物(wù)理层。在(zài)物(wù)理层，以(yǐ)太网(wǎng)描述了(le)電(diàn)線(xiàn)應(yìng)如(rú)何互連(lián)。在(zài)鍊(liàn)路(lù)层，以(yǐ)太网(wǎng)指定(dìng)應(yìng)如(rú)何格式化(huà)以(yǐ)太网(wǎng)幀以(yǐ)及(jí)應(yìng)如(rú)何傳送幀。以(yǐ)太网(wǎng)上(shàng)的(de)交付僅是(shì)最(zuì)佳嘗試，这(zhè)意(yì)味着以(yǐ)太网(wǎng)嘗試盡可(kě)能(néng)地(dì)傳遞消息，但不(bù)能(néng)保證交付。
由(yóu)于(yú)以(yǐ)太网(wǎng)本(běn)質(zhì)上(shàng)是(shì)一(yī)種(zhǒng)廣播協議，可(kě)能(néng)有(yǒu)许多(duō)設備連(lián)接到(dào)同(tóng)一(yī)物(wù)理線(xiàn)路(lù)，因(yīn)此(cǐ)一(yī)次(cì)只(zhī)能(néng)廣播一(yī)个(gè)設備。如(rú)果(guǒ)線(xiàn)路(lù)發(fà)生(shēng)沖突，以(yǐ)太网(wǎng)控制器能(néng)够檢测到(dào)沖突并執行随機(jī)退(tuì)避。随機(jī)退(tuì)回(huí)僅意(yì)味着在(zài)碰撞檢测时(shí)，在(zài)嘗試另(lìng)一(yī)次(cì)發(fà)送之前(qián)等待随機(jī)的(de)时(shí)間(jiān)量(liàng)。以(yǐ)太网(wǎng)幀由(yóu)前(qián)導碼，幀起始分(fēn)隔符，MAC目的(de)地(dì)，MAC源，以(yǐ)太网(wǎng)類(lèi)型，有(yǒu)效载荷和(hé)校(xiào)验(yàn)和(hé)組成(chéng)。
前(qián)導碼和(hé)幀起始分(fēn)隔符用(yòng)于(yú)指定(dìng)以(yǐ)太网(wǎng)幀正(zhèng)在(zài)啟動(dòng)。可(kě)以(yǐ)使用(yòng)其媒體(tǐ)訪問(wèn)控制（MAC）地(dì)址尋址每个(gè)以(yǐ)太网(wǎng)控制器。因(yīn)此(cǐ)，每个(gè)以(yǐ)太网(wǎng)幀還(huán)包(bāo)含MAC目的(de)地(dì)和(hé)源地(dì)址。Ethertype指定(dìng)解(jiě)碼有(yǒu)效負载时(shí)使用(yòng)的(de)協議。有(yǒu)效载荷是(shì)实際數據(jù)，最(zuì)後(hòu)的(de)校(xiào)验(yàn)和(hé)是(shì)确保以(yǐ)太网(wǎng)幀头(tóu)是(shì)正(zhèng)确的(de)。
用(yòng)戶數據(jù)報協議/ Internet協議
用(yòng)戶數據(jù)報協議（UDP）和(hé)因(yīn)特(tè)网(wǎng)協議（IP）分(fēn)别驻留在(zài)傳輸层和(hé)网(wǎng)絡层的(de)OSI模型的(de)下(xià)两(liǎng)层。UDP / IP協議與(yǔ)以(yǐ)太网(wǎng)一(yī)樣(yàng)，不(bù)保證可(kě)靠的(de)數據(jù)包(bāo)接收(shōu)，只(zhī)保證盡力傳輸。IP協議的(de)主(zhǔ)要(yào)目的(de)是(shì)在(zài)鍊(liàn)路(lù)层之上(shàng)提(tí)供一(yī)个(gè)抽象(xiàng)层。这(zhè)樣(yàng)，如(rú)果(guǒ)底层鍊(liàn)路(lù)层不(bù)是(shì)以(yǐ)太网(wǎng)，則不(bù)需要(yào)更(gèng)改應(yìng)用(yòng)級软(ruǎn)件(jiàn)。IP協議通(tòng)过(guò)具有(yǒu)另(lìng)一(yī)对(duì)源和(hé)目标(biāo)地(dì)址，分(fēn)段(duàn)偏移，報头(tóu)校(xiào)验(yàn)和(hé)以(yǐ)及(jí)有(yǒu)效载荷中(zhōng)使用(yòng)的(de)協議来(lái)提(tí)供此(cǐ)抽象(xiàng)。
IP校(xiào)验(yàn)和(hé)計(jì)算为(wèi)所(suǒ)有(yǒu)16位報头(tóu)值的(de)一(yī)个(gè)補碼和(hé)的(de)一(yī)个(gè)補碼。驻留在(zài)IP幀中(zhōng)的(de)UDP協議实際上(shàng)告訴网(wǎng)絡堆(duī)棧數據(jù)有(yǒu)多(duō)大以(yǐ)及(jí)目标(biāo)端口(kǒu)是(shì)什麼(me)。UDP是(shì)應(yìng)用(yòng)程序級别之前(qián)的(de)最(zuì)後(hòu)一(yī)个(gè)抽象(xiàng)层。
設計(jì)
代(dài)碼大量(liàng)模块(kuài)化(huà)，輸出(chū)饋入(rù)連(lián)續模块(kuài)的(de)輸入(rù)。編碼的(de)步驟分(fēn)为(wèi)以(yǐ)下(xià)步驟，每个(gè)步驟在(zài)單独的(de)模块(kuài)中(zhōng)实現(xiàn)：1-D DCT，2-D DCT /量(liàng)化(huà)，Z形組織，VL轉(zhuǎn)換，霍夫曼轉(zhuǎn)換和(hé)比特(tè)流構造。該系(xì)統考慮256x256图(tú)像，但可(kě)以(yǐ)擴展(zhǎn)以(yǐ)分(fēn)析更(gèng)多(duō)像素。數據(jù)流图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
通(tòng)过(guò)僅考慮灰度(dù)成(chéng)像，我(wǒ)们(men)使用(yòng)了(le)彩色(sè)系(xì)統所(suǒ)需的(de)內(nèi)存量(liàng)和(hé)处理能(néng)力的(de)三(sān)分(fēn)之一(yī)。对(duì)于(yú)处理彩色(sè)图(tú)像的(de)系(xì)統，需要(yào)将上(shàng)述整个(gè)壓縮处理單独地(dì)應(yìng)用(yòng)于(yú)每个(gè)顔色(sè)通(tòng)道(dào)。我(wǒ)们(men)最(zuì)初通(tòng)过(guò)僅選擇每个(gè)像素的(de)綠(lǜ)色(sè)值来(lái)獲得灰度(dù)图(tú)像，而(ér)不(bù)是(shì)執行從RGB到(dào)YUV的(de)轉(zhuǎn)換。这(zhè)種(zhǒng)簡化(huà)并不(bù)完全(quán)正(zhèng)确，但項目的(de)重(zhòng)點(diǎn)不(bù)在(zài)于(yú)图(tú)像，而(ér)在(zài)于(yú)壓縮，因(yīn)此(cǐ)我(wǒ)们(men)不(bù)需要(yào)在(zài)轉(zhuǎn)換操作上(shàng)浪費額外(wài)的(de)計(jì)算。
1-D DCT
使用(yòng)快(kuài)速算法实現(xiàn)一(yī)維DCT，該算法需要(yào)八(bā)个(gè)周期(qī)才能(néng)完成(chéng)。該算法主(zhǔ)要(yào)需要(yào)連(lián)續添加輸入(rù)和(hé)得到(dào)的(de)和(hé)，在(zài)三(sān)个(gè)中(zhōng)間(jiān)步驟期(qī)間(jiān)發(fà)生(shēng)五(wǔ)次(cì)乘法。該算法産生(shēng)DCT結果(guǒ)，該結果(guǒ)根(gēn)據(jù)实際DCT結果(guǒ)的(de)某些因(yīn)子進(jìn)行縮放(fàng)。然而(ér)，可(kě)以(yǐ)在(zài)量(liàng)化(huà)步驟中(zhōng)考慮比例，從而(ér)産生(shēng)正(zhèng)确量(liàng)化(huà)的(de)變(biàn)換矩阵(zhèn)。系(xì)數的(de)比例因(yīn)子如(rú)下(xià)：
算法數據(jù)流如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
該模块(kuài)是(shì)完全(quán)流水(shuǐ)線(xiàn)的(de)，这(zhè)意(yì)味着每个(gè)周期(qī)都可(kě)以(yǐ)輸入(rù)新的(de)輸入(rù)，8个(gè)周期(qī)後(hòu)輸出(chū)新的(de)輸出(chū)。这(zhè)允许模块(kuài)更(gèng)快(kuài)速地(dì)处理块(kuài)。
二(èr)維DCT
2-D DCT是(shì)可(kě)分(fēn)離的(de)操作，这(zhè)意(yì)味着它(tā)可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)在(zài)8x8块(kuài)的(de)每一(yī)行上(shàng)應(yìng)用(yòng)1-D DCT，然後(hòu)将其應(yìng)用(yòng)于(yú)8x8块(kuài)的(de)列来(lái)獲得。这(zhè)允许我(wǒ)们(men)使用(yòng)流水(shuǐ)線(xiàn)1-D DCT非(fēi)常快(kuài)速地(dì)執行2-D DCT，方(fāng)法是(shì)将块(kuài)的(de)行饋送到(dào)1-D模块(kuài)中(zhōng)8个(gè)周期(qī)，然後(hòu)獲得結果(guǒ)并将这(zhè)些列反(fǎn)饋到(dào)同(tóng)一(yī)模块(kuài)中(zhōng)。
在(zài)将結果(guǒ)写回(huí)存儲器之前(qián)，還(huán)在(zài)該2-D模块(kuài)中(zhōng)執行量(liàng)化(huà)。由(yóu)于(yú)算法的(de)縮放(fàng)與(yǔ)量(liàng)化(huà)相結合的(de)方(fāng)式，整个(gè)操作僅需要(yào)对(duì)2-D算法結果(guǒ)進(jìn)行移位。
鋸齒形
通(tòng)过(guò)簡單地(dì)以(yǐ)适當的(de)順序读(dú)取(qǔ)內(nèi)存中(zhōng)的(de)值来(lái)執行之字(zì)形組織。块(kuài)的(de)元(yuán)素存儲在(zài)直(zhí)接從图(tú)像中(zhōng)的(de)像素坐标(biāo)獲得的(de)地(dì)址中(zhōng)。来(lái)自(zì)存儲器的(de)該輸出(chū)以(yǐ)每周期(qī)一(yī)个(gè)像素的(de)速率直(zhí)接饋送到(dào)轉(zhuǎn)換器中(zhōng)。
VL和(hé)RL翻譯
使用(yòng)查找(zhǎo)表(biǎo)完成(chéng)從像素的(de)量(liàng)化(huà)值到(dào)可(kě)變(biàn)长度(dù)代(dài)碼的(de)轉(zhuǎn)換。該表(biǎo)包(bāo)含代(dài)碼的(de)值和(hé)长度(dù)（以(yǐ)位为(wèi)單位）。然後(hòu)将这(zhè)两(liǎng)个(gè)值發(fà)送給(gěi)霍夫曼翻譯器。霍夫曼轉(zhuǎn)換器采用(yòng)前(qián)面(miàn)的(de)零(líng)个(gè)數和(hé)系(xì)數代(dài)碼的(de)大小。这(zhè)两(liǎng)个(gè)數字(zì)被(bèi)饋送到(dào)另(lìng)一(yī)个(gè)查找(zhǎo)表(biǎo)，該表(biǎo)格将霍夫曼代(dài)碼作为(wèi)非(fēi)零(líng)系(xì)數的(de)“标(biāo)題(tí)”。
DC和(hé)AC系(xì)數的(de)VL碼轉(zhuǎn)換完全(quán)相同(tóng)。DC和(hé)AC轉(zhuǎn)換的(de)差异(yì)在(zài)于(yú)Huffman代(dài)碼，因(yīn)此(cǐ)只(zhī)有(yǒu)Huffman查找(zhǎo)表(biǎo)需要(yào)區(qū)分(fēn)DC和(hé)AC像素。
比特(tè)流建設
VL和(hé)RL轉(zhuǎn)換器的(de)輸出(chū)被(bèi)饋送到(dào)比特(tè)流構造器，該構造器連(lián)接适當的(de)比特(tè)以(yǐ)形成(chéng)JPEG比特(tè)流。該模块(kuài)基本(běn)上(shàng)需要(yào)跟蹤進(jìn)入(rù)的(de)霍夫曼和(hé)VL代(dài)碼的(de)大小，并将它(tā)们(men)适當地(dì)轉(zhuǎn)發(fà)到(dào)以(yǐ)太网(wǎng)發(fà)送器的(de)16位FIFO。
硬(yìng)件(jiàn)以(yǐ)太网(wǎng)控制器
硬(yìng)件(jiàn)以(yǐ)太网(wǎng)控制器用(yòng)于(yú)初始化(huà)DM9000A控制器芯片(piàn)，将數據(jù)包(bāo)推送到(dào)DM9000A，從DM9000A獲取(qǔ)接收(shōu)數據(jù)，以(yǐ)及(jí)從DM9000A接收(shōu)中(zhōng)斷。Controller主(zhǔ)要(yào)由(yóu)Adam Shapiro編写，但由(yóu)我(wǒ)们(men)調試。
Controller分(fēn)为(wèi)两(liǎng)个(gè)独立的(de)狀态機(jī)，一(yī)个(gè)处理来(lái)往DM9000A的(de)命令（包(bāo)括中(zhōng)斷），另(lìng)一(yī)个(gè)处理發(fà)送和(hé)接收(shōu)序列。
發(fà)送序列包(bāo)括：
1）等待輸入(rù)FIFO不(bù)为(wèi)空。将第(dì)一(yī)个(gè)值存儲为(wèi)有(yǒu)效負载中(zhōng)的(de)字(zì)节(jié)數。
2）告訴硬(yìng)件(jiàn)控制器将存儲多(duō)少(shǎo)字(zì)节(jié)，包(bāo)括以(yǐ)太网(wǎng)報头(tóu)。
3）将以(yǐ)太网(wǎng)幀作为(wèi)數據(jù)發(fà)送到(dào)DM9000A。
4）将有(yǒu)效载荷發(fà)送到(dào)DM9000A。
5）等待傳輸通(tòng)过(guò)中(zhōng)斷完成(chéng)。返回(huí)空閑狀态。
因(yīn)为(wèi)我(wǒ)们(men)不(bù)使用(yòng)接收(shōu)函(hán)數，所(suǒ)以(yǐ)我(wǒ)们(men)不(bù)会(huì)在(zài)这(zhè)里(lǐ)描述接收(shōu)序列。
UDP包(bāo)裝(zhuāng)器
UDP Wrapper利用(yòng)Adam Shapiro的(de)硬(yìng)件(jiàn)DM9000A以(yǐ)太网(wǎng)控制器生(shēng)成(chéng)有(yǒu)效的(de)UDP / IP報头(tóu)，然後(hòu)發(fà)送有(yǒu)效载荷數據(jù)。使用(yòng)先(xiān)進(jìn)先(xiān)出(chū)數據(jù)結構（FIFO），UDP包(bāo)裝(zhuāng)器首先(xiān)獲得有(yǒu)效载荷中(zhōng)的(de)總(zǒng)字(zì)节(jié)數，然後(hòu)一(yī)次(cì)獲得16位的(de)有(yǒu)效载荷。Wrapper使用(yòng)狀态機(jī)執行以(yǐ)下(xià)步驟以(yǐ)發(fà)送單个(gè)UDP數據(jù)包(bāo)：
1）等待輸入(rù)FIFO不(bù)为(wèi)空。将第(dì)一(yī)个(gè)值存儲为(wèi)有(yǒu)效負载中(zhōng)的(de)字(zì)节(jié)數。
2）告訴硬(yìng)件(jiàn)控制器将存儲多(duō)少(shǎo)字(zì)节(jié)，包(bāo)括UDP / IP報头(tóu)。
3）将以(yǐ)太网(wǎng)幀作为(wèi)數據(jù)發(fà)送到(dào)硬(yìng)件(jiàn)控制器。
4）将IP头(tóu)作为(wèi)數據(jù)發(fà)送到(dào)硬(yìng)件(jiàn)控制器。在(zài)校(xiào)验(yàn)头(tóu)發(fà)送之前(qián)計(jì)算IP校(xiào)验(yàn)和(hé)。
5）将UDP头(tóu)作为(wèi)數據(jù)發(fà)送到(dào)硬(yìng)件(jiàn)控制器。
6）将所(suǒ)有(yǒu)數據(jù)發(fà)送到(dào)硬(yìng)件(jiàn)控制器。
因(yīn)为(wèi)UDP包(bāo)裝(zhuāng)器的(de)目的(de)是(shì)允许DE2與(yǔ)通(tòng)过(guò)以(yǐ)太网(wǎng)直(zhí)接連(lián)接的(de)單个(gè)計(jì)算機(jī)通(tòng)信(xìn)，所(suǒ)以(yǐ)许多(duō)值被(bèi)硬(yìng)編碼到(dào)Verilog中(zhōng)。硬(yìng)編碼值包(bāo)括目标(biāo)和(hé)源MAC地(dì)址，目标(biāo)和(hé)源IP地(dì)址以(yǐ)及(jí)目标(biāo)端口(kǒu)。这(zhè)四(sì)个(gè)硬(yìng)編碼值都設置为(wèi)廣播地(dì)址，FF：FF：FF：FF：FF：FF用(yòng)于(yú)MAC地(dì)址，255.255.255.255用(yòng)于(yú)IP地(dì)址。目标(biāo)端口(kǒu)被(bèi)硬(yìng)編碼为(wèi)任意(yì)31373.其他(tā)值（例如(rú)IP头(tóu)校(xiào)验(yàn)和(hé)）是(shì)動(dòng)态計(jì)算的(de)，因(yīn)为(wèi)标(biāo)头(tóu)值不(bù)一(yī)定(dìng)每次(cì)都相同(tóng)。完成(chéng)後(hòu)，控制寄存器複位并返回(huí)等待狀态。
內(nèi)存使用(yòng)情(qíng)況
此(cǐ)項目中(zhōng)僅使用(yòng)M4K块(kuài)。使用(yòng)M4K块(kuài)是(shì)因(yīn)为(wèi)它(tā)们(men)的(de)速度(dù)和(hé)易用(yòng)性(xìng)，因(yīn)为(wèi)它(tā)的(de)想(xiǎng)法是(shì)擁有(yǒu)一(yī)个(gè)实时(shí)JPEG壓縮器。第(dì)一(yī)个(gè)存儲器模块(kuài)保存直(zhí)接從攝像機(jī)饋送的(de)值，最(zuì)多(duō)可(kě)容納16行256个(gè)像素（每个(gè)1个(gè)字(zì)节(jié)）。16行用(yòng)于(yú)始終(zhōng)具有(yǒu)8行緩沖區(qū)，我(wǒ)们(men)在(zài)其上(shàng)執行DCT，8行準備好(hǎo)被(bèi)攝像機(jī)覆蓋。
在(zài)DCT的(de)輸出(chū)端是(shì)另(lìng)一(yī)个(gè)256x16元(yuán)件(jiàn)M4K模块(kuài)。該存儲器模块(kuài)的(de)写入(rù)端饋送到(dào)Z字(zì)形單元(yuán)，該Zig-zag單元(yuán)通(tòng)过(guò)随时(shí)間(jiān)适當地(dì)設置地(dì)址来(lái)簡單地(dì)读(dú)出(chū)Z字(zì)形图(tú)案(àn)中(zhōng)的(de)值。
最(zuì)後(hòu)，在(zài)比特(tè)流構造函(hán)數的(de)末(mò)尾，有(yǒu)第(dì)三(sān)个(gè)FIFO作为(wèi)以(yǐ)太网(wǎng)發(fà)送器的(de)傳輸FIFO。理想(xiǎng)情(qíng)況下(xià)，这(zhè)个(gè)內(nèi)存模块(kuài)應(yìng)該盡可(kě)能(néng)大，并且由(yóu)于(yú)JPEG壓縮應(yìng)該顯着減少(shǎo)图(tú)像的(de)位數，我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)将整个(gè)图(tú)像存儲在(zài)M4K块(kuài)中(zhōng)（我(wǒ)们(men)无法对(duì)原始像素進(jìn)行处理）流）。
文(wén)檔
作为(wèi)注釋，存儲器的(de)地(dì)址通(tòng)常是(shì)这(zhè)樣(yàng)的(de)格式，即高(gāo)位代(dài)表(biǎo)y坐标(biāo)，低位代(dài)表(biǎo)所(suǒ)讨論像素的(de)x坐标(biāo)。这(zhè)些地(dì)址的(de)长度(dù)可(kě)能(néng)因(yīn)模块(kuài)而(ér)异(yì)，因(yīn)为(wèi)某些存儲器模块(kuài)具有(yǒu)不(bù)同(tóng)大小的(de)輸入(rù)/輸出(chū)，具體(tǐ)取(qǔ)決于(yú)應(yìng)用(yòng)。
dct_algorithm
輸入(rù)：clk，reset，in0，...，in7
輸出(chū)：out0，...，out7
該模块(kuài)運行快(kuài)速算法来(lái)計(jì)算1-D DCT。該模块(kuài)完全(quán)流水(shuǐ)線(xiàn)化(huà)，在(zài)读(dú)取(qǔ)輸入(rù)後(hòu)8个(gè)周期(qī)輸出(chū)长度(dù)为(wèi)8的(de)DCT結果(guǒ)。該模块(kuài)具有(yǒu)22位固定(dìng)點(diǎn)（8位十(shí)進(jìn)制位）輸入(rù)和(hé)輸出(chū)。虽然存儲器中(zhōng)的(de)像素存儲为(wèi)8位值，但是(shì)數字(zì)擴展(zhǎn)到(dào)22以(yǐ)避免溢出(chū)并且在(zài)變(biàn)換的(de)中(zhōng)間(jiān)步驟中(zhōng)保持(chí)一(yī)些精度(dù)與(yǔ)小數值。
要(yào)從算法結果(guǒ)中(zhōng)獲得实際DCT，必須将相應(yìng)的(de)輸出(chū)乘以(yǐ)設計(jì)部(bù)分(fēn)中(zhōng)給(gěi)出(chū)的(de)s值。然而(ér)，在(zài)我(wǒ)们(men)的(de)系(xì)統中(zhōng)跳过(guò)該步驟，因(yīn)为(wèi)它(tā)與(yǔ)量(liàng)化(huà)操作中(zhōng)所(suǒ)需的(de)乘法相結合。
問(wèn)題(tí)：这(zhè)个(gè)模块(kuài)实現(xiàn)相當簡單，因(yīn)为(wèi)它(tā)实際上(shàng)只(zhī)有(yǒu)五(wǔ)次(cì)乘法和(hé)一(yī)系(xì)列的(de)增加。流水(shuǐ)線(xiàn)操作也(yě)很簡單，但原始模块(kuài)嘗試使用(yòng)移位和(hé)求和(hé)作为(wèi)乘法的(de)替代(dài)，这(zhè)有(yǒu)时(shí)会(huì)産生(shēng)輸出(chū)值的(de)問(wèn)題(tí)（但并非(fēi)總(zǒng)是(shì)如(rú)此(cǐ)）。一(yī)旦我(wǒ)们(men)意(yì)識到(dào)沒(méi)有(yǒu)其他(tā)模块(kuài)需要(yào)乘數，我(wǒ)们(men)決定(dìng)廢棄嘗試的(de)优化(huà)。
dct2d
輸入(rù)：clk，reset，q，currentX，currentY
輸出(chū)：wren，rdaddress，wraddress
該模块(kuài)調度(dù)正(zhèng)在(zài)饋送到(dào)流水(shuǐ)線(xiàn)1-D DCT算法的(de)輸入(rù)和(hé)輸出(chū)。輸出(chū)rdaddress确定(dìng)應(yìng)從內(nèi)存中(zhōng)读(dú)取(qǔ)的(de)值以(yǐ)獲取(qǔ)适當的(de)行。要(yào)读(dú)取(qǔ)的(de)块(kuài)的(de)时(shí)間(jiān)表(biǎo)取(qǔ)決于(yú)相機(jī)将哪个(gè)X和(hé)Y值写入(rù)存儲器（由(yóu)currentX和(hé)currentY指定(dìng)）。
輸入(rù)q是(shì)64位值，表(biǎo)示来(lái)自(zì)存儲器的(de)8个(gè)像素的(de)行。該輸入(rù)被(bèi)分(fēn)割并饋送到(dào)dct_algorithm模块(kuài)的(de)适當的(de)8个(gè)輸入(rù)中(zhōng)。中(zhōng)間(jiān)矩阵(zhèn)（在(zài)对(duì)行執行1-D DCT之後(hòu)）存儲在(zài)寄存器中(zhōng)，以(yǐ)便保持(chí)更(gèng)多(duō)位以(yǐ)獲得更(gèng)高(gāo)的(de)精度(dù)。然後(hòu)，这(zhè)些寄存器作为(wèi)列反(fǎn)饋到(dào)1-D DCT，以(yǐ)完成(chéng)2-D DCT。然後(hòu)适當地(dì)縮放(fàng)这(zhè)些輸出(chū)以(yǐ)考慮算法的(de)比例因(yīn)子，并量(liàng)化(huà)系(xì)數。然後(hòu)将量(liàng)化(huà)值存儲回(huí)單独的(de)M4K块(kuài)。
問(wèn)題(tí)：調度(dù)何时(shí)鎖存寄存器值和(hé)分(fēn)配新輸入(rù)是(shì)該模块(kuài)的(de)最(zuì)大問(wèn)題(tí)。M4K模块(kuài)对(duì)數據(jù)可(kě)用(yòng)时(shí)有(yǒu)特(tè)定(dìng)的(de)时(shí)序要(yào)求。此(cǐ)外(wài)，存儲到(dào)寄存器和(hé)存儲到(dào)存儲器也(yě)需要(yào)一(yī)些調整。
蜿蜒
輸入(rù)：clk，啟用(yòng)
輸出(chū)：rden，latch_dc，rdaddress
該模块(kuài)簡單地(dì)控制饋送到(dào)存儲器模块(kuài)的(de)读(dú)取(qǔ)地(dì)址，以(yǐ)Z字(zì)形图(tú)案(àn)读(dú)出(chū)矩阵(zhèn)，如(rú)背景技術(shù)部(bù)分(fēn)所(suǒ)述。latch_dc輸出(chū)告訴頂級模块(kuài)從內(nèi)存中(zhōng)鎖存輸出(chū)值，因(yīn)为(wèi)它(tā)是(shì)該特(tè)定(dìng)8x8块(kuài)的(de)DC值。如(rú)背景技術(shù)部(bù)分(fēn)所(suǒ)述，需要(yào)对(duì)DC系(xì)數進(jìn)行差分(fēn)編碼方(fāng)案(àn)。
translate_to_vl
輸入(rù)：clk，enable，value
outputs：size，code
該模块(kuài)将量(liàng)化(huà)的(de)像素值轉(zhuǎn)換为(wèi)适當的(de)可(kě)變(biàn)长度(dù)代(dài)碼。两(liǎng)个(gè)輸出(chū)是(shì)代(dài)碼（必須作为(wèi)固定(dìng)长度(dù)值輸出(chū)）和(hé)一(yī)个(gè)大小組件(jiàn)，它(tā)告訴下(xià)一(yī)个(gè)轉(zhuǎn)換模块(kuài)從代(dài)碼輸出(chū)中(zhōng)取(qǔ)出(chū)哪些位。这(zhè)只(zhī)是(shì)一(yī)个(gè)实現(xiàn)为(wèi)查找(zhǎo)表(biǎo)。对(duì)于(yú)DC和(hé)AC系(xì)數，該轉(zhuǎn)換是(shì)相同(tóng)的(de)。
translate_to_huffman
輸入(rù)：clk，enable，dc，size，zero_run
輸出(chū)：huffman_length ，huffman
該模块(kuài)是(shì)另(lìng)一(yī)个(gè)查找(zhǎo)表(biǎo)，并給(gěi)出(chū)霍夫曼代(dài)碼，該代(dài)碼充當每个(gè)非(fēi)零(líng)像素的(de)前(qián)綴。所(suǒ)述直(zhí)流輸入(rù)告訴該模块(kuài)是(shì)否是(shì)編碼的(de)DC值，否則它(tā)假定(dìng)它(tā)編碼的(de)AC值。如(rú)前(qián)所(suǒ)述，这(zhè)两(liǎng)種(zhǒng)類(lèi)型的(de)系(xì)數具有(yǒu)不(bù)同(tóng)的(de)轉(zhuǎn)換方(fāng)法（特(tè)别是(shì)因(yīn)为(wèi)DC不(bù)考慮零(líng)運行）。
霍夫曼代(dài)碼簡單地(dì)描述了(le)前(qián)面(miàn)的(de)零(líng)的(de)數量(liàng)，以(yǐ)及(jí)值的(de)VL代(dài)碼的(de)大小。霍夫曼本(běn)身(shēn)也(yě)是(shì)可(kě)變(biàn)长度(dù)的(de)，因(yīn)此(cǐ)长度(dù)也(yě)必須是(shì)輸出(chū)，因(yīn)此(cǐ)比特(tè)流模块(kuài)可(kě)以(yǐ)提(tí)取(qǔ)适當的(de)比特(tè)。注意(yì)：該模块(kuài)的(de)huffman_length輸出(chū)实際上(shàng)比实際长度(dù)小1，因(yīn)此(cǐ)該信(xìn)号(hào)实際上(shàng)表(biǎo)示16位霍夫曼信(xìn)号(hào)中(zhōng)的(de)最(zuì)高(gāo)有(yǒu)效位（從0開(kāi)始計(jì)數时(shí)）。該模块(kuài)嵌入(rù)在(zài)比特(tè)流緩沖器中(zhōng)，如(rú)下(xià)所(suǒ)述。
bitstream_buffer
輸入(rù)：clk，enable，size，code
outputs：next_transmit，new_stream
緩沖器從霍夫曼轉(zhuǎn)換器和(hé)可(kě)變(biàn)长度(dù)轉(zhuǎn)換器獲取(qǔ)輸出(chū)，并将适當的(de)位饋送到(dào)最(zuì)終(zhōng)将要(yào)發(fà)送的(de)比特(tè)流緩沖器。VL轉(zhuǎn)換器提(tí)供大小和(hé)代(dài)碼，它(tā)们(men)被(bèi)饋送到(dào)Huffman轉(zhuǎn)換器（嵌入(rù)在(zài)該模块(kuài)中(zhōng)）。該模块(kuài)具有(yǒu)64位的(de)位緩沖區(qū)，适當數量(liàng)的(de)可(kě)變(biàn)长度(dù)轉(zhuǎn)換位流入(rù)其中(zhōng)。該模块(kuài)記(jì)录(lù)64位寄存器的(de)实際有(yǒu)效位數并需要(yào)傳輸。
該模块(kuài)還(huán)处理写入(rù)傳輸FIFO。一(yī)旦比特(tè)流緩沖器具有(yǒu)至(zhì)少(shǎo)16位，則写入(rù)線(xiàn)被(bèi)斷言并且16位被(bèi)适當地(dì)存儲到(dào)FIFO中(zhōng)。該模块(kuài)還(huán)处理零(líng)運行跟蹤，并在(zài)發(fà)現(xiàn)數組中(zhōng)沒(méi)有(yǒu)更(gèng)多(duō)非(fēi)零(líng)系(xì)數时(shí)附加块(kuài)結束(shù)（EOB）代(dài)碼。
問(wèn)題(tí)：該模块(kuài)在(zài)翻譯过(guò)程中(zhōng)遇到(dào)的(de)問(wèn)題(tí)最(zuì)多(duō)。首先(xiān)，为(wèi)超过(guò)15个(gè)元(yuán)素的(de)運行附加零(líng)運行信(xìn)息的(de)过(guò)程被(bèi)證明(míng)有(yǒu)點(diǎn)困難，因(yīn)为(wèi)需要(yào)考慮字(zì)节(jié)結束(shù)。我(wǒ)们(men)不(bù)能(néng)盲目地(dì)插入(rù)一(yī)个(gè)15運行指示器，因(yīn)为(wèi)零(líng)串可(kě)能(néng)完全(quán)運行到(dào)块(kuài)的(de)末(mò)尾，在(zài)这(zhè)種(zhǒng)情(qíng)況下(xià)，需要(yào)附加EOB代(dài)碼而(ér)沒(méi)有(yǒu)任何15運行指示器。另(lìng)外(wài)，来(lái)自(zì)翻譯模块(kuài)的(de)輸入(rù)和(hé)輸出(chū)的(de)調度(dù)以(yǐ)及(jí)任何条(tiáo)件(jiàn)信(xìn)号(hào)在(zài)某種(zhǒng)程度(dù)上(shàng)難以(yǐ)協調。
udp_wrapper
輸入(rù)：clk，reset，enet_int，enet_data，udp_clk，udp_wr，udp_data，halt
outputs：enet_clk，enet_rst_n，enet_cs_n，enet_cmd，enet_wr_n，enet_rd_n，udp_full
該模块(kuài)被(bèi)饋送到(dào)其FIFO中(zhōng)，并圍繞輸入(rù)的(de)數據(jù)構建UDP / IP報头(tóu)，并使用(yòng)狀态機(jī)将其發(fà)送到(dào)硬(yìng)件(jiàn)以(yǐ)太网(wǎng)控制器。
要(yào)使用(yòng)您必須：
1）将有(yǒu)效負载的(de)字(zì)节(jié)數作为(wèi)第(dì)一(yī)个(gè)數據(jù)。
2）推送有(yǒu)效载荷的(de)字(zì)节(jié)。
在(zài)有(yǒu)效負载中(zhōng)擁有(yǒu)正(zhèng)确的(de)字(zì)节(jié)數非(fēi)常重(zhòng)要(yào)，因(yīn)为(wèi)Wrapper使用(yòng)此(cǐ)數字(zì)来(lái)保持(chí)其狀态機(jī)與(yǔ)驅動(dòng)Wrapper的(de)外(wài)部(bù)狀态機(jī)同(tóng)步。
大多(duō)數MAC地(dì)址和(hé)IP值也(yě)是(shì)硬(yìng)編碼的(de)。虽然更(gèng)改MAC地(dì)址很容易，但更(gèng)改IP值還(huán)包(bāo)括更(gèng)改添加到(dào)IP层校(xiào)验(yàn)和(hé)的(de)數量(liàng)。
目前(qián)，如(rú)果(guǒ)仍然需要(yào)從FIFO读(dú)取(qǔ)但FIFO为(wèi)空，則包(bāo)裝(zhuāng)器存在(zài)問(wèn)題(tí)。它(tā)将繼續從空FIFO读(dú)取(qǔ)并将垃圾數據(jù)提(tí)供給(gěi)硬(yìng)件(jiàn)控制器。
完全(quán)爆發(fà)後(hòu)，UDP包(bāo)裝(zhuāng)器每秒(miǎo)最(zuì)多(duō)可(kě)傳輸8兆(zhào)字(zì)节(jié)。
結果(guǒ)
該項目的(de)結果(guǒ)證明(míng)了(le)概念，但整个(gè)实施无法在(zài)示範截止日(rì)期(qī)前(qián)完成(chéng)。
JPEG壓縮器模块(kuài)化(huà)为(wèi)幾(jǐ)个(gè)交互部(bù)分(fēn)，在(zài)模拟中(zhōng)工作（在(zài)一(yī)定(dìng)程度(dù)上(shàng)）。对(duì)于(yú)可(kě)變(biàn)數據(jù)（即從攝像機(jī)接收(shōu)幀时(shí)），未完全(quán)验(yàn)證準确度(dù)。壓縮器出(chū)自(zì)執行動(dòng)态JPEG視頻編碼的(de)最(zuì)初想(xiǎng)法。因(yīn)此(cǐ)，硬(yìng)件(jiàn)能(néng)够以(yǐ)大致(zhì)等于(yú)Terasic相機(jī)饋送原始像素的(de)速率編碼成(chéng)JPEG比特(tè)流。我(wǒ)们(men)对(duì)可(kě)以(yǐ)執行壓縮的(de)速度(dù)感(gǎn)到(dào)滿意(yì)，但是(shì)當我(wǒ)们(men)嘗試在(zài)FPGA上(shàng)将所(suǒ)有(yǒu)模块(kuài)組合在(zài)一(yī)起时(shí)，我(wǒ)们(men)无法通(tòng)过(guò)以(yǐ)太网(wǎng)獲得任何結果(guǒ)。
通(tòng)过(guò)完成(chéng)两(liǎng)个(gè)較小的(de)系(xì)統，我(wǒ)们(men)能(néng)够證明(míng)設計(jì)的(de)中(zhōng)間(jiān)部(bù)分(fēn)幾(jǐ)乎正(zhèng)确運行：
1。從M4K块(kuài)读(dú)取(qǔ)16x8像素块(kuài)（灰度(dù)），在(zài)每个(gè)8x8块(kuài)上(shàng)應(yìng)用(yòng)2-D DCT，并發(fà)送通(tòng)过(guò)以(yǐ)太网(wǎng)使用(yòng)UDP的(de)結果(guǒ)。
2.從M4K块(kuài)读(dú)取(qǔ)8x8字(zì)节(jié)块(kuài)（表(biǎo)示2-D DCT的(de)結果(guǒ)），对(duì)块(kuài)應(yìng)用(yòng)VL / RL編碼，生(shēng)成(chéng)轉(zhuǎn)換的(de)比特(tè)流，并使用(yòng)UDP通(tòng)过(guò)以(yǐ)太网(wǎng)傳輸結果(guǒ)。
这(zhè)两(liǎng)个(gè)实验(yàn)證明(míng)我(wǒ)们(men)的(de)壓縮機(jī)部(bù)件(jiàn)工作，但将所(suǒ)有(yǒu)模块(kuài)組合在(zài)一(yī)起的(de)控制邏輯是(shì)錯誤的(de)。由(yóu)于(yú)在(zài)实验(yàn)中(zhōng)從存儲器读(dú)取(qǔ)的(de)块(kuài)是(shì)預加载的(de)，因(yīn)此(cǐ)結果(guǒ)是(shì)先(xiān)前(qián)已知的(de)并且與(yǔ)通(tòng)过(guò)以(yǐ)太网(wǎng)傳輸的(de)字(zì)节(jié)進(jìn)行比較。这(zhè)些实验(yàn)中(zhōng)的(de)第(dì)二(èr)个(gè)顯示了(le)我(wǒ)们(men)的(de)霍夫曼翻譯代(dài)碼中(zhōng)的(de)一(yī)个(gè)錯誤。運行时(shí)間(jiān)超过(guò)15的(de)零(líng)計(jì)數不(bù)能(néng)正(zhèng)常運行，但非(fēi)零(líng)值的(de)轉(zhuǎn)換是(shì)正(zhèng)确的(de)（对(duì)于(yú)特(tè)定(dìng)的(de)测試流）。此(cǐ)外(wài)，由(yóu)于(yú)实验(yàn)是(shì)使用(yòng)已知輸入(rù)（數據(jù)流開(kāi)始时(shí)的(de)静(jìng)态存儲器）執行的(de)，因(yīn)此(cǐ)完全(quán)删除了(le)項目的(de)相機(jī)方(fāng)面(miàn)。
系(xì)統問(wèn)題(tí)
为(wèi)流程創建的(de)模块(kuài)非(fēi)常嚴格且嚴格定(dìng)时(shí)。此(cǐ)外(wài)，模块(kuài)之間(jiān)的(de)通(tòng)信(xìn)很少(shǎo)，即使在(zài)一(yī)个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)內(nèi)，也(yě)幾(jǐ)乎沒(méi)有(yǒu)空間(jiān)容易出(chū)現(xiàn)控制信(xìn)号(hào)时(shí)序差异(yì)。虽然这(zhè)使得处理速度(dù)非(fēi)常快(kuài)，但这(zhè)意(yì)味着控制邏輯必須非(fēi)常具體(tǐ)并且沒(méi)有(yǒu)松弛。模块(kuài)之間(jiān)的(de)控制信(xìn)号(hào)依賴于(yú)預先(xiān)知道(dào)定(dìng)时(shí)的(de)模块(kuài)，而(ér)不(bù)是(shì)通(tòng)信(xìn)以(yǐ)确定(dìng)控制。從一(yī)開(kāi)始就(jiù)應(yìng)該更(gèng)仔细(xì)地(dì)規劃(huà)整个(gè)系(xì)統的(de)架構。允许模块(kuài)之間(jiān)的(de)通(tòng)信(xìn)可(kě)能(néng)已經(jīng)解(jiě)決了(le)一(yī)些控制邏輯問(wèn)題(tí)。由(yóu)于(yú)嚴格的(de)要(yào)求，我(wǒ)们(men)无法使控制邏輯正(zhèng)确，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)无法使系(xì)統（從原始图(tú)像到(dào)傳輸的(de)比特(tè)流）正(zhèng)常運行。
以(yǐ)太网(wǎng)替代(dài)品
在(zài)我(wǒ)们(men)讓以(yǐ)太网(wǎng)控制器完全(quán)工作之前(qián)，考慮進(jìn)行通(tòng)信(xìn)的(de)硬(yìng)件(jiàn)以(yǐ)太网(wǎng)控制器有(yǒu)两(liǎng)種(zhǒng)替代(dài)方(fāng)案(àn)：
1。使用(yòng)NiosII在(zài)软(ruǎn)件(jiàn)中(zhōng)实現(xiàn)以(yǐ)太网(wǎng)，NiosII是(shì)一(yī)種(zhǒng)嵌入(rù)式处理器，可(kě)以(yǐ)使用(yòng)c代(dài)碼对(duì)软(ruǎn)件(jiàn)進(jìn)行編程。事(shì)实證明(míng)这(zhè)種(zhǒng)方(fāng)法太慢(màn)了(le)，在(zài)我(wǒ)们(men)還(huán)在(zài)考慮实时(shí)壓縮的(de)时(shí)候被(bèi)抛棄了(le)。如(rú)果(guǒ)不(bù)需要(yào)实时(shí)，則可(kě)以(yǐ)使用(yòng)Nios，因(yīn)为(wèi)幀（壓縮，未壓縮或(huò)两(liǎng)者(zhě)）可(kě)以(yǐ)存儲到(dào)某種(zhǒng)形式的(de)存儲器中(zhōng)并通(tòng)过(guò)软(ruǎn)件(jiàn)緩慢(màn)傳輸。
2.通(tòng)过(guò)RS-232傳輸比特(tè)流。在(zài)我(wǒ)们(men)決定(dìng)取(qǔ)消对(duì)項目的(de)实时(shí)約束(shù)之後(hòu)考慮这(zhè)一(yī)點(diǎn)，并且完全(quán)被(bèi)視为(wèi)以(yǐ)太网(wǎng)的(de)替代(dài)方(fāng)案(àn)。然而(ér)，一(yī)旦我(wǒ)们(men)發(fà)現(xiàn)我(wǒ)们(men)能(néng)够完成(chéng)足够的(de)以(yǐ)太网(wǎng)控制器和(hé)UDP包(bāo)裝(zhuāng)器，这(zhè)个(gè)想(xiǎng)法就(jiù)被(bèi)抛棄了(le)。
結論
虽然我(wǒ)们(men)无法運行最(zuì)終(zhōng)所(suǒ)需的(de)系(xì)統，但我(wǒ)们(men)确实創建了(le)可(kě)用(yòng)于(yú)各(gè)種(zhǒng)其他(tā)應(yìng)用(yòng)程序的(de)可(kě)用(yòng)功能(néng)模块(kuài)。UDP包(bāo)裝(zhuāng)器和(hé)硬(yìng)件(jiàn)以(yǐ)太网(wǎng)控制器在(zài)任何网(wǎng)絡通(tòng)信(xìn)項目中(zhōng)都非(fēi)常有(yǒu)用(yòng)。流水(shuǐ)線(xiàn)1-D DCT算法可(kě)用(yòng)于(yú)信(xìn)号(hào)和(hé)图(tú)像处理項目，因(yīn)为(wèi)DCT-II是(shì)一(yī)種(zhǒng)廣泛用(yòng)于(yú)其他(tā)應(yìng)用(yòng)的(de)變(biàn)換。該項目虽未按預期(qī)完成(chéng)，但仍被(bèi)認为(wèi)是(shì)成(chéng)功的(de)。我(wǒ)们(men)对(duì)成(chéng)品設計(jì)的(de)結果(guǒ)和(hé)功能(néng)感(gǎn)到(dào)滿意(yì)。
