摘 要

离散余弦变换由离散傅立叶变换延伸而来，简称为DCT，它在进行图像处理时比FFT更能体现信号的相关特性，因此在图像处理中被广泛使用，特别是在图像采集压缩传输的过程中起到关键性作用；而在实际运用领域，DSP芯片具有良好的实时信号处理能力，利用DSP对图像进行DCT变换能将实时图像处理推向实用性技术领域。本文基于TMS320C6416芯片拟定了合适的DSP系统，并于CCS3.3上完成了软件仿真，该系统被证实可以完成图像输入，DCT正逆变换等功能。设计成果主要包含图像输入、FDCT以及IDCT的实现，可进行多类数据对比。通过比较结果可以得知，基于Chen的快速DCT算法在处理图片的速度上对比基础算法有着很大的提高；经过离散余弦正逆变化处理后的图片虽然丢失了一些细节，但仍然保留了大部分信息；经过DCT变换后的图片要进行量化，将高频部分数值归一化为零后，便可以根据需要对其进行压缩编码。

关键词：图像处理；DSP；离散余弦变换；CCS3.3

Abstract

Discrete Cosine Transform (Discrete Cosine Transform) is abbreviated as DCT. It extends from DFT, but it can reflect the relevant characteristics of the signal better than FFT in image processing. Therefore, it is widely used in image processing, especially in image acquisition and compression transmission. The process plays a key role; in the field of practical application, the DSP chip has good real-time signal processing capabilities. Using DSP to perform DCT transform on the image can push real-time image processing to the practical technology field. Based on the TMS320C6416 chip, this paper develops a suitable DSP system and completes the software simulation on CCS3.3. The system is proved to be able to complete functions such as image input and DCT. The design results mainly include the implementation of image input, FDCT, and IDCT, and can be used to compare multiple types of data. By comparing the results, we can see that the fast DCT algorithm based on Chen has a great improvement in the speed of processing pictures compared with the basic algorithm; after the discrete cosine positive and negative changes in the picture, although lost some details, but still retained the majority Information; After the DCT-transformed picture is quantized, after the high-frequency part number is normalized to zero, it can be compressed and coded as needed.

Key Words：Image Processing, DSP, Discrete Cosine Transform, CCS3.3

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 DCT简介 1

1.2.2 DSP简介 2

1.3 本文研究内容核心 3

1.4 本文系统结构 3

第2章 DSP系统组成 5

2.1TMS320C6416特点 5

2.2 图像输入 6

2.3 DCT变换 8

2.3.1 离散余弦变换 8

2.3.2 DCT快速算法 10

2.3.3 FDCT的实现 13

2.4 IDCT的原理及实现 17

2.5 链接命令文件 19

2.5.1 链接命令文件的组成 19

2.5.2 链接命令文件的编写 21

第3章 基于CCS 3.3的软件仿真 23

3.1 CCS软件介绍 23

3.2 CCS 3.3 Simulator 25

3.2.1 仿真方法 25

3.2.2 Main 程序 26

3.3 仿真结果 28

第4章 总结 32

4.1遇到的问题及解决方法 32

4.2 结论 32

参考文献 33

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 研究意义

在现代社会生活高度信息化的背景下，各类电子应用对计算机处理图像有了更高的标准。图像压缩技术旨在运用最少的数据展现最多的原图像信息，不仅节省了存储资源，还减少了数据传输量，是现今图像处理不可或缺的环节^[1]。目前JPEG作为图像压缩技术的一类国际标准，具有良好压缩率的同时保证了图像的质量，其40%的运算量都集中在DCT变换的实现上；而DSP芯片作为实际运用领域的中流砥柱，在图像处理的实时性和高效性方面都有着很大的潜力。因此，设计出实现图像离散余弦正逆变换的DSP系统是有必要的。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 DCT简介

离散傅里叶变换（DFT）被广泛运用于时频域的转化，但它因需要进行复数运算而拥有庞大的计算量。如今快速傅立叶变换（FFT）的出现虽然可以提高离散傅立叶变换的运算速率^[2]，但要将其投入实时信号的处理，仍然存在时间和计算资源上的困难，所以无法实现包括在线视频的压缩编码以及传输等功能。在归纳总结出离散傅立叶变换的众多性质后人们发现，如果变换前的函数信号仅有实部且为偶函数^[3]，则其变换后的频域表达式只含有余弦部分，故离散预选变换由此发明。

经过研究统计，大部分自然信号在经过离散余弦变换后表现出了能量信息集中的特性，这个性质具体体现为，经过变换后信号频谱是由不同层次的低频分量以及一个直流分量组合而成的，而高频部分基本为零，这为信息的压缩传递奠定了一个好的基础。这并不是偶然，人们发现DCT变换矩阵的基向量与托普利兹矩阵的特征向量相类似，而后者被认为能体现人类用于信息传递（包括语音图像等）的信号的相关特性。此外，当待处理信号拥有与Markov process相似的统计特性的情况下，DCT变换在进行压缩处理时拥有高度去相关性，因为其类似于卡洛南-洛伊变换。基于上述的情况，离散余弦变换被纳入近年一系列视频压缩编码的国际性准则中，如JPEG、MPEG和MJPEG等各个标准^[4]。作为进行确定变换矩阵情况下的正交变换的准最优变换，DCT已成为各图像处理系统不可或缺的基本模块。

1.2.2 DSP简介

信号是信息的载体，是其在物质世界的体现方式，人们在所处环境进行信息提取分析时，常常需要将其用理论模型所表示出来，从表现形式的离散和连续来看，信号主要包括模拟信号和数字信号。模拟信号是指在给出的各参数范围内展示的相关性是连续的信号，而数字信号则对应是离散的。因为计算机等其他电子器件的工作原理所限制，人们在利用机器对信号进行处理时，必须采用数字信号。在进行信号采集、分析、变换、压缩及传递等工作时，机器周期分隔了了信号的时间连续，而存储资源限制了信号的幅度连续。