1. 系統概述
本設計採用NIOS2 32位處理器，通過SPI接口將SD/TF卡中的JPEG圖片數據讀取到內存中，SD/TF卡的文件系統爲FAT32，NIOS2軟件實現JPEG解碼後，啓動framereader和Clocked Video Output模塊，最終在VGA顯示器上顯示JPEG圖像，系統框圖如下：
2. JPEG格式
JPEG(Joint Photographic Experts Group)是第一個國際圖像壓縮標準，提供了良好的壓縮性能的同時，具有較好的圖像質量，被廣泛應用電子產品和芯片設計中。
JPEG文件格式有兩種保存方式，分別是Baseline JPEG和Progressive JPEG。
Baseline JPEG：這種類型的JPEG文件存儲方式是按從上到下的掃描方式，把每一行順序的保存在JPEG文件中。顯示時，數據將按照從上到下一行一行的被顯示出來。
Progressive JPEG：包含多次掃描，這些掃描順尋的存儲在JPEG文件中。顯示時，會先顯示整個圖片的模糊輪廓，隨着掃描次數的增加，圖片變得越來越清晰。
JPEG壓縮算法過程如下：
3. Tiny JPEG Decompressor
TJpgDec是一個通用的JPEG圖像解碼模塊，基於C語言開發且可以用於小型嵌入式系統中。
TJpgDec提供了兩個API函數接口:
jd_prepare爲圖像解碼準備足夠的信息
jd_decomp執行解碼任務
還提供了兩個I/O函數接口：
Input function: 從輸入流中讀取JPEG文件數據
Output function: 將圖像數據寫入輸出設備
開源的代碼可以在http://elm-chan.org/fsw/tjpgd/00index.html下載。
3. 搭建Qsys
在博文NIOS2隨筆——FAT32文件系統的基礎上，在Qsys平臺上添加framereader和Clocked Video Output組件，設置分辨率爲640*480，VGA相關內容可以參考博文FPGA設計——VGA (Altera)。
搭好的Qsys平臺如下圖：
4. NIOS2軟件設計
TTJpgDec是基於Baseline JPEG算法編寫，需要以Baseline方式保存一幅JPEG圖片到SD卡中，圖像分辨率爲640*480，文件名爲desk.jpg，在電腦中打開如下：
在博文NIOS2隨筆——FAT32文件系統的軟件基礎上，編寫軟件代碼。
移植JPEG軟件解碼模塊，主要是編寫Input和Output函數。VGA顯示部分，要對framereader組件初始化，然後存放在數組中的圖像數據便會不停地被讀取到Clocked Video Output模塊，最後數據會被送到VGA編碼芯片顯示。編寫好的Input、Output及main函數代碼設計如下：
//============JPEG user function==============
/*------------------------------*/
/* User defined input funciton */
/*------------------------------*/
UINT in_func (JDEC* jd, BYTE* buff, UINT nbyte)
{
u32 rb=0; //number of byte read
f_read(&tf_jpeg,buff,nbyte,&rb);
return rb;
}
/*------------------------------*/
/* User defined output funciton */
/*------------------------------*/
UINT out_func (JDEC* jd, void* bitmap, JRECT* rect)
{
BYTE *src, *dst;
UINT y, bws, bwd;
if (rect->left == 0) {
printf("\r%lu%%", (rect->top << jd->scale) * 100UL / jd->height);
}
src = (BYTE*)bitmap;
dst = picture_buffer + 3 * (rect->top * FRAME_WIDTH+ rect->left);
bws = 3 * (rect->right - rect->left + 1);
bwd = 3 * FRAME_WIDTH;
for (y = rect->top; y <= rect->bottom; y++) {
memcpy(dst, src, bws);
src += bws; dst += bwd;
}
return 1;
}
FATFS fs;
FIL tf_jpeg;
BYTE res=0;
int main (void)
{
UINT *work;
JDEC tjpeg_dev;
UINT x=0;
UINT y;
FrameRd_init();
f_mount(&fs,"",0);
//Open a JPEG file
res = f_open(&tf_jpeg,"0:/desk.jpg",FA_READ);
work = malloc(3800);
//Prepare to decompress
res = jd_prepare(&tjpeg_dev, in_func, work, 3800, &tf_jpeg);
if (res == JDR_OK) {
//Ready to dcompress. Image info is available here.
printf("Image dimensions: %u by %u. %u bytes used.\n", tjpeg_dev.width, tjpeg_dev.height, 3800 - tjpeg_dev.sz_pool);
res = jd_decomp(&tjpeg_dev, out_func, 0); // Start to decompress with 1/1 scaling
if (res == JDR_OK) {
//Decompression succeeded. You have the decompressed image in the frame buffer here.
printf("\nOK \n");
}
else
{
printf("Failed to decompress: rc=%d\n", res);
}
}
else
{
printf("Failed to prepare: rc=%d\n", res);
}
f_close(&tf_jpeg); //Close the JPEG file
for(y=0;y<FRAME_SIZE*3;y=y+3)
{
picture_buf[x] = picture_buffer[y]*65536+(picture_buffer[y+1])*256+(picture_buffer[y+2]);
x++;
}
printf("image processed done\n");
while(1);
return 0;
}5. 編譯運行
編譯成功後，以Hardware方式運行，終端打印進度信息，最後顯示：image processed done!
6. 最終結果
圖片正常顯示，和電腦上打開的desk.jpg一致，此圖片還是博主4年前用Nokia手機在羣租房裏面拍的一張照片，滿滿的回憶啊。
