H.264視頻編解碼標準以其高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等優點在數字電視廣播、網絡視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應用。提高H.264幀內預測的速度，對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此，論文在總結國內外相關研究的基礎上，針對H.264幀內預測的軟件實現具有運算量大、實時性差等缺點，提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結構的幀內預測算法的硬件實現。
論文在詳細闡述H.264幀內預測編碼技術的基礎上，分析了17種預測模式算法，通過Matlab仿真建模，直觀地給出了預測模式的預測效果，并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預測模式對編碼性能的影響，以此為根據對幀內預測模式進行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內預測系統的設計方案，將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉換模塊轉換成YCbCr圖像，存入片外SDRAM中，控制模塊負責讀寫數掘送入幀內預測模塊進行處理。幀內預測模塊中，采用一種并行結構的可配置處理單元，即先求和再移位最后限幅的電路結構，來計算各預測模式下的預測值，極大地減小了預測電路的復雜度。針對預測模式選擇算法，論文采用多模式并行運算的方法，即多個結構相同的殘差計算模塊，同時計算各種預測模式對應的SATD值，充分發揮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、流水線設計提高硬件的工作效率。最后，論文設計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預測模式。
整個幀內預測系統被劃分成多個功能模塊，采用層次化、模塊化的設計思想，并采用流水線結構和乒乓操作來提高系統的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設計，由Modelsim仿真和集成開發環境ISE9.1綜合。仿真與綜合結果表明，系統時鐘頻率最高達到106.7MHz。該設計在完成功能的基礎上，能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統進行了有益的探索，具有一定的實用價值。
標簽：
H264
視頻編碼器
幀內預測
系統設計
上傳時間：
2013-07-21
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