基于ATmegal28的LED屏圖像數據解碼設計

摘 要：針對目前對全彩LED顯示屏圖像數據的處理需依賴計算機的情況，提出利用ATmegal28單片機實現JPEG圖像解碼的方法，并利用此方法實現了通過GPRS網絡對全彩LED顯示屏圖像數據的遠程傳輸。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化算法在ATmegal28單片機上的實現。由于圖像的處理在單片機上實現，降低了產品的成本，具有較強地生產實用性。
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顯示屏已經成為公共場合信息宣傳的一種重要工具。目前實現對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線與計算機連接實現更改；通過GPRS網絡實現數據的遠程傳輸，接收后在計算機上用特定軟件解碼后發送到LED顯示屏顯示。以上方法始終需要在計算機平臺上實現，附加成本較高。設計利用手機作為發送端，發送彩信至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屏接收的數據格式為Xmp格式，Xmp格式是簡化的BMP格式。Xmp格式在圖像數據前有6個字節表示圖像的屬性，第1字節為1個點的字節數；第2字節為XMP文件中包含的圖片個數；第3，4字節為圖像的高；第5，6字節為圖像的寬，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圖像數據的緩存、中間變量的緩存以及解出的Xmp數據的緩存。根據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數據的緩存要求的RAM相對比較固定為9 KB。綜上JPEG解碼大致需25 KB的RAM。ATmegal28內部只有4 KB的SRAM，所以該系統外擴了64 KB的外部RAM。

2 軟件實現
該設計采用avr―gcc作為編譯工具。avr-gcc默認設置棧由內部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據區移到外部RAM，只留棧區在內部RAM，避免數據的相互覆蓋。
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。