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H264視頻編碼器幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計

資 源 簡 介

H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)以其高壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性等優(yōu)點在數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應(yīng)用。提高H.264幀內(nèi)預(yù)測的速度,對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此,論文在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,針對H.264幀內(nèi)預(yù)測的軟件實現(xiàn)具有運算量大、實時性差等缺點,提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結(jié)構(gòu)的幀內(nèi)預(yù)測算法的硬件實現(xiàn)。    論文在詳細(xì)闡述H.264幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上,分析了17種預(yù)測模式算法,通過Matlab仿真建模,直觀地給出了預(yù)測模式的預(yù)測效果,并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預(yù)測模式對編碼性能的影響,以此為根據(jù)對幀內(nèi)預(yù)測模式進(jìn)行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計方案,將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成YCbCr圖像,存入片外SDRAM中,控制模塊負(fù)責(zé)讀寫數(shù)掘送入幀內(nèi)預(yù)測模塊進(jìn)行處理。幀內(nèi)預(yù)測模塊中,采用一種并行結(jié)構(gòu)的可配置處理單元,即先求和再移位最后限幅的電路結(jié)構(gòu),來計算各預(yù)測模式下的預(yù)測值,極大地減小了預(yù)測電路的復(fù)雜度。針對預(yù)測模式選擇算法,論文采用多模式并行運算的方法,即多個結(jié)構(gòu)相同的殘差計算模塊,同時計算各種預(yù)測模式對應(yīng)的SATD值,充分發(fā)揮FPGA高速并行處理的能力。其中Hadamard變換使用行列分離的變換方法,采用蝶形快速變換、流水線設(shè)計提高硬件的工作效率。最后,論文設(shè)計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預(yù)測模式。    整個幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)被劃分成多個功能模塊,采用層次化、模塊化的設(shè)計思想,并采用流水線結(jié)構(gòu)和乒乓操作來提高系統(tǒng)的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設(shè)計,由Modelsim仿真和集成開發(fā)環(huán)境ISE9.1綜合。仿真與綜合結(jié)果表明,系統(tǒng)時鐘頻率最高達(dá)到106.7MHz。該設(shè)計在完成功能的基礎(chǔ)上,能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統(tǒng)進(jìn)行了有益的探索,具有一定的實用價值。

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