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(diǎn)在數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體傳輸、視頻實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)具有運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，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(shí)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(yàn)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(jì)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(jì)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(yùn)算的方法，即多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的殘差計(jì)算模塊，同時(shí)計(jì)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(jì)提高硬件的工作效率。最后，論文設(shè)計(jì)了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預(yù)測模式。
整個(gè)幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)被劃分成多個(gè)功能模塊，采用層次化、模塊化的設(shè)計(jì)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(yùn)行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設(shè)計(jì)，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(shí)鐘頻率最高達(dá)到106.7MHz。該設(shè)計(jì)在完成功能的基礎(chǔ)上，能夠較好地滿足實(shí)時(shí)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(shí)用價(jià)值。
標(biāo)簽：
H264
視頻編碼器
幀內(nèi)預(yù)測
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間：
2013-07-21
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