基于STM32F4DISCOVERY扩展板的图像解码设计

　　本次分享的设计以ST意法半导体公司生产的STM32系列产品STM32F407VGT6为控制核心，主要由扩展板和JPEG图片解码系统两大部分组成。
　　扩展板部分除了保留原有核心板STM32F4DISCOVERY的重力感应、三轴加速度传感器、3.5mm音频输出口、miniUSB（A-B两种接口）、100PIN GPIO、LED、用户按键以外，还扩展了TFT液晶，带有数字隔离的RS232、RS485及CAN总线接口、SD卡接口、以及带有光耦隔离的MOS管驱动及电机驱动模块。JPEG图片解码系统部分设计采用了从SD卡中读取编码的同时同步解码的方法，有效减少了系统内存的消耗，实现了一个能在内存有限的片上系统中进行JPEG图片解码的系统。

　　系统方案？
　　系统扩展板部分在原有STM32F4DISCOVERY开发套件的基础上增加了一些常用的外部设备接口，如：带有数字隔离的RS232威廉希尔官方网站 、RS485威廉希尔官方网站 及CAN总线接口威廉希尔官方网站 ，带有光耦隔离的MOS管驱动及电机驱动模块。用户通过该扩展板就可以与外部其他设备进行串行通信、CAN通信，同时还可以直接用该扩展板来驱动MOS管和电机，大大降低了用户的使用难度。
　　而JPEG图片解码系统则是以STM32F407VGT6为控制核心，以TFT液晶模块作为显示器，完成对解码后图片的显示，需要显示的图片存储在SD卡中，处理器通过SPI方式读取SD卡里面的图片信息，由于STM32F4内部RAM很小不能作为整幅图片的缓冲区，所以本系统的设计过程中采用了时间换空间的方式，即采用了边解码边显示的方法省去了外部数据RAM。JPEG图片解码过程是使用了DCT变换算法。

　　硬件设计？
　　整个系统的硬件设计主要由两部分组成：基于STM32F4DISCOVERY的扩展板和JPEG图片解码系统。其中扩展板部分主要包括：带有数字隔离的RS232威廉希尔官方网站 、RS485威廉希尔官方网站 及CAN总线接口威廉希尔官方网站 和带有光耦隔离的MOS管驱动及电机驱动模块。而JPEG图片解码系统的硬件部分则主要有TFT液晶威廉希尔官方网站 和SD卡接口威廉希尔官方网站 组成。
　　

　　软件设计？
　　1.JPEG图片解码过程：
　　读入JPEG/JFIF文件的相关信息；
　　读取Huffman表和构建Huffman树；
　　DC系数的Huffman解码和AC系数的Huffman解码；
　　反量化和反Zig-zag扫描；
　　DCT逆变换和颜色模式转换。
　　2.使用的解码算法如下：
　　从文件头读出文件的相关信息。JPEG文件数据分为文件头和图像数据两大部分，其中文件头记录了图像的版本、长宽、采样因子、量化表、哈夫曼表等重要信息。所以解码前必须将文件头信息读出，以备图像数据解码过程之用。
　　从图像数据流读取一个最小编码单元（MCU），并提取出里边的各个颜色分量单元。关于如何从数据流中把一个个连续存储的MCU分割开来，以及如何从各个MCU中将多个颜色分量分割开来。
　　将颜色分量单元从数据流恢复成矩阵数据。利用文件头给出的哈夫曼表，对分割出来的颜色分量单元进行解码，把其恢复成8×8的数据矩阵。
　　8×8的数据矩阵进一步解码。此部分解码工作以8×8的数据矩阵为单位，其中包括相邻矩阵的直流系数差分解码、利用文件头给出的量化表反量化数据、反Zig-Zag编码、隔行正负纠正、反向离散余弦变换等5个步骤，最终输出仍然是一个8×8的数据矩阵。
　　颜色系统YCrCb向RGB转换。将一个MCU的各个颜色分量单元解码结果整合起来，将图像颜色系统从YCrCb向RGB转换。排列整合各个MCU的解码数据。不断读取数据流中的MCU并对其解码，直至读完所有MCU为止，将各MCU解码后的数据正确排列成完整的图像。