基于ATmegal28的LED屏圖像數(shù)據(jù)解碼設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)目前對(duì)全彩LED顯示屏圖像數(shù)據(jù)的處理需依賴計(jì)算機(jī)的情況，提出利用ATmegal28單片機(jī)實(shí)現(xiàn)JPEG圖像解碼的方法，并利用此方法實(shí)現(xiàn)了通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)對(duì)全彩LED顯示屏圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。針對(duì)ATmegal28的資源和性能特點(diǎn)，對(duì)JPEG解碼進(jìn)行了可行性分析。重點(diǎn)論述Huffman解碼、IDCT解碼和圖像縮放的優(yōu)化算法在ATmegal28單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)。由于圖像的處理在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，降低了產(chǎn)品的成本，具有較強(qiáng)地生產(chǎn)實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：ATmegal28；JPEG解碼；Huffman解碼；IDCT解碼；全彩LED顯示屏

隨著LED顯示屏的普及和成本的降低，LED顯示屏已經(jīng)成為公共場(chǎng)合信息宣傳的一種重要工具。目前實(shí)現(xiàn)對(duì)LED顯示屏的文字圖像更改的方法主要有：顯示屏通過(guò)串口或網(wǎng)線與計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)更改；通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，接收后在計(jì)算機(jī)上用特定軟件解碼后發(fā)送到LED顯示屏顯示。以上方法始終需要在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，附加成本較高。設(shè)計(jì)利用手機(jī)作為發(fā)送端，發(fā)送彩信至GPRS模塊，利用ATmegal28單片機(jī)直接對(duì)彩信圖像進(jìn)行解碼然后發(fā)送到LED顯示屏上進(jìn)行顯示。

l JPEG解碼可行性分析
該設(shè)計(jì)所用全彩LED屏接收的數(shù)據(jù)格式為Xmp格式，Xmp格式是簡(jiǎn)化的BMP格式。Xmp格式在圖像數(shù)據(jù)前有6個(gè)字節(jié)表示圖像的屬性，第1字節(jié)為1個(gè)點(diǎn)的字節(jié)數(shù)；第2字節(jié)為XMP文件中包含的圖片個(gè)數(shù)；第3，4字節(jié)為圖像的高；第5，6字節(jié)為圖像的寬，其后為圖像每點(diǎn)的顏色。每點(diǎn)的顏色用2個(gè)字節(jié)表示(16位色)。由于所用全彩LED屏只有64×64像素，所以JPEG解碼后還需進(jìn)行圖像的縮放。
JPEG解碼過(guò)程中所需要的緩存主要包括原始JPEG圖像數(shù)據(jù)的緩存、中間變量的緩存以及解出的Xmp數(shù)據(jù)的緩存。根據(jù)JPEG圖像的復(fù)雜度及壓縮比的不同，一般一幀320×240的彩色JPEG圖像的大小在2～20 KB。JPEG解碼緩存主要用于存儲(chǔ)Huffman表，量化表，IDCT解碼的臨時(shí)結(jié)果等。這些大約需要8 KB。解出的Xmp數(shù)據(jù)的緩存要求的RAM相對(duì)比較固定為9 KB。綜上JPEG解碼大致需25 KB的RAM。ATmegal28內(nèi)部只有4 KB的SRAM，所以該系統(tǒng)外擴(kuò)了64 KB的外部RAM。

2 軟件實(shí)現(xiàn)
該設(shè)計(jì)采用avr―gcc作為編譯工具。avr-gcc默認(rèn)設(shè)置棧由內(nèi)部RAM的頂部向下生長(zhǎng)。由于圖像處理過(guò)程中需要占用大量的RAM空間，所以應(yīng)該通過(guò)設(shè)置把所有數(shù)據(jù)區(qū)移到外部RAM，只留棧區(qū)在內(nèi)部RAM，避免數(shù)據(jù)的相互覆蓋。
JPEG解碼過(guò)程主要包括Huffman解碼、反量化及IDCT變換、色彩變換等模塊。該文采用的LED顯示屏是64×64點(diǎn)像素，并且只能顯示Xmp格式的圖片。因此在JPEG解碼后需增加圖像的縮放模塊。其流程框圖如圖1所示。