引言
目前,，對于圖片解碼器的研究主要是針對PC環(huán)境,，設(shè)計工作只是在原有基礎(chǔ)上的升級，對系統(tǒng)和硬件的考慮較少,，不能在嵌入式系統(tǒng)中直接實現(xiàn),。本文設(shè)計了一種嵌入式圖片解碼器。通過FatFs文件系統(tǒng)識別圖片文件的格式,，調(diào)用相應(yīng)的格式解碼單元實現(xiàn)圖像重構(gòu),，并在TFT
液晶顯示器上進行顯示。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)的核心CPU采用LM3S8962,，具有豐富的外圍接口以及多種片內(nèi)的硬件接口功能(如UART,、SPI、I2C,、PWM等),。整個系統(tǒng)的硬件電路包括SD卡電路、TFT液晶顯示電路,、獨立按鍵電路,。
1．1 SD卡電路
SD卡有兩種工作模式，即SD和SPI模式,。由于LM3S8962具有SPI接口,，為此該嵌入式系統(tǒng)采用SPI模式。SD卡電路如圖1所示,。SD卡的信號檢測線CARD_INSERT接CPU的PG0端口,，CARD_WP檢測卡寫保護接CPU的PE2。SD卡的供電電路采用P型MOS管2SJ355的可控電路,，由CARD_POWER跳接CPU的PG1腳進行控制,。片選線CARD_CS接CPU的PA3,。時鐘信號CARD_SCK接CPU的PA2。SPI主機輸出從機輸入CARD MOSI,、主機輸入從機輸出CARD_MISO分別接CPU的PA5,、PA4。
1．2 TFT液晶顯示電路及獨立按鍵電路
TFT液晶顯示電路中,，顯示器的數(shù)據(jù)線D0～D7接CPU的PB0～PB7,，地址線A0～A7接CPU的PC0～PC7。TFT背面板LED+,、TFT驅(qū)動電源都采用3．3 V供電,。獨立按鍵為CPU的PD0～PD3口，當(dāng)按鍵被按下時,，CPU檢測到的引腳為低電平,。
2 軟件設(shè)計
為使整個系統(tǒng)正常讀取SD卡的數(shù)據(jù)文件和目錄，需再創(chuàng)建一個可被Windows操作系統(tǒng)認(rèn)知的文件系統(tǒng),?？紤]到兼容性和方便性，本設(shè)計在μC／OS-II操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上移植了一種小型嵌入式文件系統(tǒng)FatFs,。該文件系統(tǒng)具有支持多種操作系統(tǒng),、易于移植和存儲速度快的特點。
2．1 SD卡驅(qū)動設(shè)計
SD卡驅(qū)動不但需要完成SD卡控制器中相應(yīng)寄存器的設(shè)置和向SD卡發(fā)送命令,，還要實現(xiàn)SD卡的初始化,、讀寫等操作。目的是為其上層提供相應(yīng)的功能函數(shù),，屏蔽直接對硬件的具體操作,。SD卡的驅(qū)動使用了ZLG／SD的MMC／SD的軟件包。軟件包中提供一些常用的API函數(shù),，只需調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)就可以實現(xiàn)對SD卡的訪問,，其中包括SD_Initialize(初始化SD卡)、SD_ReadBloek(讀SD卡的一個塊),、SD_WriteBlock(寫SD卡的一個塊),、SD_EraseBlock(擦除SD卡的多個塊)等。
2．2 FatFs文件系統(tǒng)設(shè)計
FatFs是一個開源的文件管理系統(tǒng),，常用于小型嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)文件系統(tǒng),，支持FAT12、FAT16,、FAT32,，遵循ANSI C標(biāo)準(zhǔn)，不依賴于硬件平臺,。對FatFs的移植,，首先需要定義數(shù)據(jù)類型并與CPU．H的數(shù)據(jù)類型匹配,；其次，使FatFs中的底層函數(shù)直接調(diào)用ZLG／SD軟件包的函數(shù),。例如：
由于篇幅有限，底層函數(shù)調(diào)用SD軟件包的函數(shù)不一一列出,。通過這些操作就可以調(diào)用f_open,、f_read、f_write等函數(shù)來進行文件的創(chuàng)建,、讀寫等操作,。
3 圖片解碼分析
3．1 JPG格式的分析
JPEG專家組開發(fā)了2種基本的壓縮算法、2種數(shù)據(jù)編碼方法和4種編碼模式,。在實際應(yīng)用中,，絕大多數(shù)JPG圖像使用的是DCT(離散余弦變換)、Huffman(哈夫曼)編碼,、順序模式,。JPG編碼過程主要包括顏色轉(zhuǎn)換、DCT變換,、量化,、熵編碼及Huffman編碼等部分。
軟件實現(xiàn)圖像解碼的過程就是圖像編碼的逆過程,，程序編程步驟如下：
①初始化FatFs文件系統(tǒng),，并利用f_open函數(shù)打開jpg格式的文件，用f_read從JPG格式文件中讀取圖片編碼的相關(guān)信息,，如圖像大小,、量化表、Huffman表等,。
②讀取最小編碼單元數(shù)據(jù),，對其進行熵解碼、反量化,、反離散余弦變換,、YCrCb模式向RGB模式轉(zhuǎn)換等，并將最后的解碼數(shù)據(jù)保存至Buffer或直接輸出至顯示,。
③不斷重復(fù)第②步過程,，直至整張圖片解碼完畢。
3．2 BMP格式的分析
BMP(Bitmap,，位圖)是Windows采用的圖像文件格式,。位圖文件由4個部分組成：位圖文件頭(bitmap-fileheader)、位圖信息頭(bitmap-information header),、彩色表(color table)和定義位圖的字節(jié)陣列,。BMP圖像的色深,，常見有1、4,、8,、16、24和32位,，分別對應(yīng)單色,、16色、256色,、16位高彩色,、24位真彩色和32位增強型真彩色。這就需要建立相應(yīng)的彩色表實現(xiàn)位圖的顯示,。編程實現(xiàn)位圖顯示的步驟如下,；
①初始化FatFs文件系統(tǒng)，并BMP格式文件中讀取圖片編碼的相關(guān)信息,，如圖像像素數(shù)據(jù),、圖像位數(shù)、RGB值等,。
②根據(jù)像素索引定位相應(yīng)顏色在彩色表中的位置,。文件定位到相應(yīng)彩色項，取出索引對應(yīng)的顏色,。
③從文件讀取的RGB數(shù)據(jù),，轉(zhuǎn)換為TFT支持的格式(本系統(tǒng)選用的TFT支持RGB565格式)。在液晶上畫出該像素,，直到畫完整個圖像為止,。
3．3 GIF格式的分析
一個GIF文件的結(jié)構(gòu)可分為文件頭(file header)、GIF數(shù)據(jù)流(GIF data stream)和文件終結(jié)器(trailer)3個部分,。GIF文件格式采用了可變長度的LZW壓縮編碼,。LZW壓縮有3個重要的對象：數(shù)據(jù)流(CharStream)、編碼流(CodeStream)和編譯表(String Table),。在編碼時,，數(shù)
據(jù)流是輸入對象(圖像的光柵數(shù)據(jù)序列)，編碼流就是輸出對象(存儲在GIF文件的圖像數(shù)據(jù)),。在解碼軟件實現(xiàn)上流程與JPG,、BMP相類似，都是先調(diào)用GIF格式文件再創(chuàng)建進行GIF_LZW解碼,，最后在TFT上顯示出來,。需要注意的是，在解碼過程中，編碼流則是輸入對象,，數(shù)據(jù)流是輸出對象,。編譯表是在編碼和解碼時都須要借助的對象。
4 模塊化測試
整個系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計,，利用μC／OS-II操作系統(tǒng)進行任務(wù)管理,。以任務(wù)Task_BMP為例，對24位真彩色BMP位圖的顯示進行測試,，程序如下：
結(jié)語
本文提出了一種嵌入式圖片瀏覽器的設(shè)計思路,，以模塊化的方法完成了設(shè)計過程，可方便地根據(jù)應(yīng)用需求完善解碼庫的設(shè)計,，使其能夠在實際平臺上良好地運行,。本設(shè)計基本達到了預(yù)期效果,，雖然不能作為一種通用圖片瀏覽器的方案,，但在需要用到圖片解碼器的GPS、手持PDA,、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計上仍然具有一定的參考價值,。