基于ATmegal28的LED屏圖像數(shù)據(jù)解碼設計

摘 要：針對目前對全彩LED顯示屏圖像數(shù)據(jù)的處理需依賴計算機的情況，提出利用ATmegal28單片機實現(xiàn)JPEG圖像解碼的方法，并利用此方法實現(xiàn)了通過GPRS網(wǎng)絡對全彩LED顯示屏圖像數(shù)據(jù)的遠程傳輸。針對ATmegal28的資源和性能特點，對JPEG解碼進行了可行性分析。重點論述Huffman解碼、IDCT解碼和圖像縮放的優(yōu)化算法在ATmegal28單片機上的實現(xiàn)。由于圖像的處理在單片機上實現(xiàn)，降低了產(chǎn)品的成本，具有較強地生產(chǎn)實用性。
關鍵詞：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)成為公共場合信息宣傳的一種重要工具。目前實現(xiàn)對LED顯示屏的文字圖像更改的方法主要有：顯示屏通過串口或網(wǎng)線與計算機連接實現(xiàn)更改；通過GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸，接收后在計算機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算機平臺上實現(xiàn)，附加成本較高。設計利用手機作為發(fā)送端，發(fā)送彩信至GPRS模塊，利用ATmegal28單片機直接對彩信圖像進行解碼然后發(fā)送到LED顯示屏上進行顯示。

l JPEG解碼可行性分析
該設計所用全彩LED屏接收的數(shù)據(jù)格式為Xmp格式，Xmp格式是簡化的BMP格式。Xmp格式在圖像數(shù)據(jù)前有6個字節(jié)表示圖像的屬性，第1字節(jié)為1個點的字節(jié)數(shù)；第2字節(jié)為XMP文件中包含的圖片個數(shù)；第3，4字節(jié)為圖像的高；第5，6字節(jié)為圖像的寬，其后為圖像每點的顏色。每點的顏色用2個字節(jié)表示(16位色)。由于所用全彩LED屏只有64×64像素，所以JPEG解碼后還需進行圖像的縮放。
JPEG解碼過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Huffman表，量化表，IDCT解碼的臨時結果等。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)外擴了64 KB的外部RAM。

2 軟件實現(xiàn)
該設計采用avr―gcc作為編譯工具。avr-gcc默認設置棧由內(nèi)部RAM的頂部向下生長。由于圖像處理過程中需要占用大量的RAM空間，所以應該通過設置把所有數(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。