图像处理能力评测之三--JPEG图片解码能力
硬件平台：STM32F769IDISCOVERY
软件开发平台：Keil 5.1
测试方法：
1.采用SD卡，并把测试的图片存放到根目录中。SD卡的容量为8G，Class 4。选用3种色彩丰富程度差别较大的图片，并把每种图片裁剪成800X480、480X320、320X240大小，作为基准测试图片。
2.配置系统时钟为200MHZ，SD卡时钟为25MHZ，SDRAM的时钟为100MHZ,使用FATFS文件系统。关闭LCD层0的显示，开启LCD层1的显示，使用RGB888显示。
3.选用STM32自带的JPEG硬件编解码器、TjpgDEC解码库和LIBJPEG解码库，分别对图片进行测试，比较三者的解码能力。
LIBJPEG解码库简介：
ibjpeg是一个完全用C语言编写的库，包含了被广泛使用的JPEG解码、JPEG编码和其他的JPEG功能的实现。目前最新的版本为9b。官网地址: http://www.ijg.org/。libjpeg具有稳定、兼容性强和解码速度较快等优点，但是使用这个库文件进行JPEG解码，消耗内存较大，对于内存不足的处理器来说，是一个很大的负担。在我们下载的STM32CUBEF7资源包里就有LIBJPEG库文件，因此不用去下载。库文件的存放路径如下图所示：
直接将整个文件夹复制到工程文件夹，然后添加文件，修改相应的配置参数即可使用。
TjpgDEC解码库简介：
TJpgDec是一个通用的JPEG图像解压缩器模块，针对小型嵌入式系统进行了高度优化。它使用非常低的内存消耗，使其可以被并入微小的微控制器，如AVR，8051，PIC，Z80，Cortex-M0等。支持输出RGB888or RGB565，支持图片缩放。官网地址：http://elm-chan.org/fsw/tjpgd/00index.html。目前版本为R0.01B，作者基本上没有进行更新。
JPEG硬件编解码器简介：
这个是STM32自带的硬件解码器，目前只存在于STM32F7X7、 STM32F7X8和STM32F7X9这几个系列产品中。它提供了一个快速和简单的硬件压缩器和解压缩器。JPEG编解码器可以解码ISO / IEC 10918-1规范中定义的JPEG流，它可以选择性地解析JPEG头，并相应地更新JPEG编解码器寄存器的量化表和霍夫曼表。
JPEG编解码块主要特性：
1.支持8位通道像素采样
2.对每个像素数据进行编解码只需一个时钟周期
3.支持JPEG图片头信息生成和解析，可以使能/禁止对JPEG图片头信息处理。
4.拥有四个可编程量化表和完全可编程的霍夫曼表。
5. 完全可编程的最小编码单元。
6.支持编码/解码。
7.数据传送支持DMA、中断和轮询。
JPEG编解码器框图如下所示：
从图中可以看出，JPEG编解码器拥有两个FIFO，一个为输入一个为输出，并且支持FIFO阈值中断。可以通过检测FIFO阈值中断是否产生，及时将数据送进FIFO或者从FIFO读出数据，从而使JPEG编解码操作维持连续性，使JPEG编解码器的性能得到最大的发挥。其中有一点需要注意，解码器输出的数据不是RGB数据，不能直接往LCD里送数据，需要进行数据转换算法，换算成RGB数据（就是这个问题，整整折腾了我一天的时间）。
下面是我选用的测试图片，按照图片色彩丰富程度从高到低进行排列：
好了，现在我们开始进行测试。为了保证测试的一致性，我们选用同一块开发板，并使系统运行时的工作参数保持相同。解码时间的计算以毫秒为单位，配置系统滴答定时器每隔1ms产生中断，提供时间计数。当图片文件打开后，开始时间计数，到LCD显示图片完成后，停止时间计数。计算二者的时间差，就是图片的解码时间。
JPEG硬件解码器分别使用DMA、IT和轮询的方式对图片进行解码。同时对TjpgdDEC和LIBJPEG进行优化处理，使解码时间尽量最短，因为我们比较的是三种解码方式工作在最优模式下的解码速度（个人能力有限，已经尽最大努力优化TjpgDEC和LIBJPEG，以下的时间数据仅供参考。）。经过三天的移植和测试，最后的测试数据如下图所示：
图片像素800X480
图片像素480X320
图片像素320X240
从上述三张数据表中可以看出，使用DMA方式的JPEG硬件解码速度是最快的，而采用TjpgDEC库解码是速度最慢的。其中中断方式的JPEG硬件解码要和使用轮询方式的JPEG硬件解码二者的速度差不多，都比TjpgDEC解码和LIBJPEG解码来的快。但是使用轮询方式的JPEG硬件解码会占用整个CPU，不如中断来的灵活。当解码的图片越来越小时，LIBJPEG解码和JPEG硬件解码在速度上不会差太多.因此，当解码较大的图片时，JPEG硬件解码的优势就发挥出来了。
最后奉上几张800X600的图片在开发板上的显示：
关于JPEG硬件编解码器使用的一些注意：
1.添加固件库文件stm32f7xx_hal_jpeg.c和stm32f7xx_hal_jpeg.h到项目工程。同时添加jpeg_utils.c、jpeg_utils.h和jpeg_utils_conf_template.h到项目工程，这三个是编解码数据格式转换相关的文件。
2.打开jpeg_utils_conf_template.h文件，修改第51行和52行的内容如下图所示：
修改第72行和73行的内容，如果使用解码器，将73行的内容修改为：#define USE_JPEG_ENCODER 0；如果使用编码器，将72行的内容修改为：#defineUSE_JPEG_DECODER 0。然后修改第75行的内容，这个是配置像素数据转换完成后的格式，根据屏幕像素的格式修改相应的值，比如我这里是RGB888，因此修改为：#define JPEG_RGB_FORMAT JPEG_RGB888。最后修改第76行的内容，这个是配置是否需要交换RB，如果使能，那么经过转换后，像素的格式为BGR888。我这里不需要这个功能，设置为：#defineJPEG_SWAP_RB 0。
保存并关闭文件，将文件名修改为jpeg_utils_conf.h。
3. 打开stm32f7xx_hal_conf.h文件，修改第96行如下图所示：
4.进行初始化，包括使能JPEG模组时钟，使能DMA2模组时钟,调用初始化函数对JPEG进行初始化，配置JPEG中断和DMA2中断。最后不要忘了，如果是进行解码操作，一定要调用JPEG_InitColorTables函数，初始化JPEG查找表。这个函数只能在初始化的时候调用，并且只能调用一次，后面不允许掉用，无论你有多少张JPEG图片要解码，都只在初始化的时候调用一次就够了。
5.使用轮询方式解码图片时，会完全占用CPU，直到解码完成后者解码出错才会退出。采用DMA和中断，不会一直占用CPU。解码过程中会回调以下个函数：
HAL_JPEG_InfoReadyCallback：指示JPEG头解析完成，可以查看图片的宽度和高度，以及像素数据的组成方式。在这一步中通常调用JPEG_GetDecodeColorConvertFunc函数来设定转换完成后，数据格式转换的函数。
HAL_JPEG_GetDataCallback：这个是请求数据输入的函数。参数NbDecodedData是指示解码器需要采集数据的字节数。
HAL_JPEG_DataReadyCallback：解码器数据转换好的通知函数。注意如果是一次性将JPEG图片数据传送到解码器，那么这里出来的是全部的解码数据，否则为部分解码数据。参数pDataOut为数据存放区，参数OutDataLength为输出数据的字节数量。通常在里调用函数进行数据转换操作。
HAL_JPEG_DecodeCpltCallback：编解码完成的指示函数。
HAL_JPEG_ErrorCallback：编解码错误的指示函数。
关于我编写程序的使用注意事项：
1.我已经将TjpgDEC和LIBJPEG都移植到工程项目中，编译完成后只会选用一种方式解码图片。要用其他的方式解码图片，需修改JpegDecode.h文件，如下图所示：
2.硬件JPEG、TjpgDEC和LIBJPEG的解码函数都存放在JpegDecode.c中。并且测试图片要存在放在SD卡的根目录中。
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