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運動估計

基于H.264編解碼的算法優化研究及FPGA的硬件實現.rar

H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術標準，在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264/AVC的應用亮點。在同樣的視覺質量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節約了50％的碼率。但H.264獲得優越性能的代價是計算復雜度的增加，據估計其編碼的計算復雜度大約為H.263的3倍，因此很難應用于實時視頻處理領域。針對這一現狀，業內做了大量的研究工作，力圖降低其計算復雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面，國內外在這方面的研究已經很成熟。而針對幀內/幀間預測編碼的研究卻較少。因此研究預測模式的快速算法具有理論意義和應用價值。本文在詳細研究H.264標準視頻壓縮編碼特點基礎上，分析了H.264幀內編碼, 幀間編碼及變換，量化技術的原理及特點，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內模式判決算法，通過結合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數目。它采用了Sobel梯度算子計算當前塊的邊緣信息，累加當前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復雜度，在并未顯著降低編碼性能的情況下提升了編碼器效率。仿真表明：Foreman 圖像序列編碼性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，這大大提高了視頻傳輸的質量。另外在幀間預測模式選擇算法方面進行了改進研究：按順序對不同類型進行判決，有選擇地去比較可能模式，使得在有效減少需判決的模式數量的同時，結合小塊模式搜索中途停止準則來確定最優模式。仿真表明：改進算法相對與原來算法能夠節省很多的編碼時間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。同時在整數DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對4×4點數據做一次變換，只需通過8×8次加法和2×8次移位運算便可完成，與原來12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運算復雜度。最后介紹FPGA的特點及設計流程，并實現了H.264編解碼器中變換編碼及量化和熵解碼模塊的硬件。這種基于FPGA所實現的H.264編碼視頻處理模塊設計具備了成本低，周期短，設計方法靈活等優點，具有廣闊的市場應用前景。仿真表明，通過使用本文提出的幀內/幀間速算法方法可使得H.264編碼速度獲得顯著的提高，使H.264 Baseline編碼器能在PC平臺上實現實時編碼。

標簽： FPGA 264 編解碼

上傳時間： 2013-07-18

上傳用戶：zukfu
視頻格式轉換算法研究及FPGA實現——去隔行、幀頻轉換、分辨率變換.rar

在當今的廣播系統中，絕大部分的視頻信號是隔行采樣的。采用這種掃描格式，能夠大幅度地減少視頻的帶寬，但也會引起彩色爬行、畫面閃爍、邊緣模糊及鋸齒等現象。這種缺陷經人尺寸屏幕放大后就更加明顯。為改善畫面的視覺效果，去隔行技術應運而生。同時，視頻信號本身的低幀頻也會導致行抖動、線爬行以及大面積閃爍等視覺效果上的缺陷。增加掃描頻率會把這些視覺缺陷搬移到人眼不敏感的高頻區域上去從而產生較好的主觀圖象質量。而為了適應不同顯示終端以及對圖像大小變化的要求就必須對原始信號分辨率即每幀行數和每行像素數進行變換。因此去隔行、幀頻轉換、分辨率變換成為視頻格式轉換的基本內容。 FPGA 的出現是VLSI技術和EDA技術發展的結果。FPGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺，經過設計輸入、仿真、測試和校驗，直到達到預期的結果。使用FPGA器件可以大大縮短系統的研制周期，減少資金投入。另外采用FPGA器件可以將原來的電路板級產品集成芯片級產品，從而降低了功耗，提高了可靠性，同時還可以很方便的對設計進行在線修改。該文在介紹了視頻格式轉換中的主要算法后，重點對去隔行、幀頻轉換、分辨率變換的FPGA綜合實現方案進行了由簡單到復雜的深入研究，分別給出了最簡解決方案、基于非線性算法的解決方案和基于運動補償的解決方案。最簡解決方案利用線性算法將去隔行，幀頻轉換，分辨率變換三項處理同時實現，達到FPGA內部資源和外部RAM耗用量都為最小的要求，是后續復雜方案的基礎。其中去隔行采用場合并方式，幀頻轉換采用幀重復方式，分辨率變換采用均勻插值方式。基于非線性算法的解決方案中加入了對靜止區域的判斷，靜止區域的輸出像素值直接選用相應位置的已存輸入數據，非靜止區域的輸出像素值通過對已存輸入數據進行非線性運算得出。基于運動補償的解決方案在對靜止區域進行判斷和處理的基礎上，對欲生成的變頻后的場間插值幀進行運動估計，根據運動矢量得出非靜止區域的輸出像素值。其中為求得輸入場間相應時間位置上的插值幀輸出數據，該方案采用了自定義的前后向塊匹配運動估計方式，通過對三步搜索算法的高效實現，將SAD 值進行比較得出運動矢量。

標簽： FPGA 視頻格式轉換算法研究

上傳時間： 2013-07-19

上傳用戶：米卡
基于FPGA的MPEG4協同處理器研究

網絡帶寬依然在不斷增長（尤其是在本地網），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情況是大容量的磁盤、FLASH移動存儲盤和激光盤的容量不斷增大，使得傳送和儲存數據的成本不斷地下降。不僅使人發問：我們孜孜不倦的搞視頻壓縮高級算法還有多少意義？我們可以看到，算法的復雜性日益增加，但性能的提高卻接近邊緣。是什么還在要求更高的壓縮速率？還有被我們遺忘的地方嗎？還有什么應用讓我們繼續追求更精妙的壓縮算法？在作者看來，這個應用領域就是移動視頻服務。無線頻譜這種稀缺資源的有限性決定了我們必須繼續對視頻壓縮技術進行研究。即使伴隨UMTS/IMT2000的到來，移動終端可以獲得的數據速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窩的時候最高能達到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率對于較高質量的視頻傳輸來講，仍然是有限的。因此，可以預見，移動終端的空中接口這個瓶頸使得我們必須繼續進行視頻壓縮。另一方面，移動終端領域開發視頻壓縮算法，在其低功耗和實時性要求下，也是異常困難的。為了減少計算的復雜性和運動估計的功耗，業界提出了許多快速算法，例如2-D的對數搜索，三步搜索，聯合搜索。盡管這些方法減少了功耗，其結果是視頻壓縮性能的降低，因為這些算法的本質是減少了運動搜索的空間。為了實現運動搜索的低功耗，在電路領域又提出了搜索窗口和時鐘管理的措施。但這些方法都是在犧牲視頻壓縮比性能的基礎進行的折中，并沒有強調算法映射結構上做出處理。本論文提出了一種新的解決MPEG-4運動估計運算的低功耗實時處理器架構。其基礎是采用了心肌陣列并行處理技術和低功耗控制電路。運動估計的繁復運算通過心肌陣列分布式運算得到有效處理。從理論上看，心肌陣列有其簡單易理解性，然后，由于FPGA的互聯網絡有限性，設計這樣一個陣列仍有許多值得注意的問題。論文提出使用保守近似處理在全局運動估計中減少功耗，其本質是消除不必要的冗余運算。宏塊的最小誤差匹配是一個典型的串行操作過程。論文新提出的方法是在進行絕對匹配前使用保守計算，如果保守誤差值與最小誤差差別過大，則不進行絕對誤差計算。總的說來，論文實現了兩個目標：通過心肌陣列實現了實時的運動估計編碼，通過在算法層次引入控制電路，降低運動估計電路的功耗。

標簽： MPEG4 FPGA 處理器

上傳時間： 2013-06-23

上傳用戶：lacsx
H.264解碼算法優化及在ARM上的移植

在信息化發展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領域，起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數進行可變長編碼（VLC）消除統計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網絡即將商用的推動，H．264以其優秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加，實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現，而嵌入式設備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應算法進行優化移植，才能滿足實際應用的需求。本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應優化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結果。本文主要完成的工作如下：詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現，PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結構和對應代碼進行優化之后，將其移植到WINCE系統之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結果與性能做出了評價。

標簽： 264 ARM 解碼算法優化

上傳時間： 2013-06-04

上傳用戶：shijiang
基于ARM平臺的嵌入式數字視頻監控技術研究

數字視頻監控系統是一門集計算機技術、通信技術和數字視頻技術于一體的綜合系統，它充分利用大規模集成電路和網絡的科技成果，體積小巧、性能穩定、通訊便利，被廣泛應用于交通、銀行、醫院、視頻會議、無人監控等諸多領域。本系統基于ARM微處理器平臺，移植嵌入式Linux操作系統，并完成視頻采集、壓縮、傳輸等任務。為降低產品成本，系統采用ARM9微處理器S3C2410作為主處理器，以USB攝像頭作為視頻采集設備，用軟件對視頻數據進行MPEG—4壓縮。論文首先從整體上分析了嵌入式數字視頻監控系統的總體設計方案，給出了硬件框架和軟件體系。其次在ARM硬件平臺成功構建了armlinux嵌入式系統，包括引導程序Bootloader的設計、修改配置Linux內核以及制作JFFS2文件系統，完成USB數碼攝像頭的驅動。在應用程序開發過程中，設計了基于Video4Linux的視頻采集程序，采用mmap(內存映射)方式截取圖片，分析了MPEG—4編碼模型XVID程序中的運動估計部分，研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點數提高了運算速度。最后利用開源JRTPLIB庫實現視頻數據流的RTP傳送。整個設計是在S3C2410硬件平臺上進行的，采用2.4.18版本的Linux內核。其中MPEG—4編碼優化測試是在ARMDeveloperSuite(ADS)version1.2中完成的。本課題為在ARM平臺實現數字視頻監控的設計做了有益的探索性嘗試，對今后進一步完成遠程嵌入式視頻監控系統的設計有著積極的意義。

標簽： ARM 嵌入式數字視頻監控技術研究

上傳時間： 2013-06-10

上傳用戶：shawvi
一種面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法及其在ARM平臺上的實現

隨著21世紀的到來,計算機技術,信息處理技術,半導體技術和網絡技術不斷發展,人類社會進入了信息化時代。與此同時,無線視頻傳感器網絡也得到了突飛猛進的發展,成為當今國際上備受關注的熱點研究領域。無線視頻傳感器網絡有著很多的優點和十分廣泛的應用前景。在軍事,工業,城市管理和監控系統等重要領域都有潛在的使用價值。無線視頻傳感器網絡有著顯著的特征,例如：網絡節點能源有限；網絡帶寬有限；對處理速度要求較高等。由此可見,傳統的視頻編碼標準無法應用于無線視頻傳感器網絡。MPEG-4,H.263,H.264等視頻編碼標準,全是基于運動估計補償實現的,計算量十分巨大,在能量,存儲空間和處理能力均有限的節點難以實現這類高復雜度的編碼算法。本文針對無線視頻傳感器網絡對視頻編碼算法的具體需求,提出一種基于運動檢測的低復雜度視頻編碼算法。該算法只對當前編碼幀中的運動對象進行編碼,并且以面向對象的結構輸出碼流。實驗結果表明,與H.264全I幀編碼相比,本文提出的算法編碼速度提高了約3倍,編碼性能提高了約2dB。與H.264基本檔次相比,雖然編碼性能略有下降,但是編碼速度平均提高了8倍左右。因此,本文提出的算法可以在編碼效率和編碼速度之間獲得很好的折衷,在一定程度上可以滿足無線視頻傳感器網絡的需求。本文選用ALDVK_270作為硬件實驗平臺。在分析算法結構的同時,結合嵌入式系統的特點,從算法,內存,高級語言和匯編語言等幾個方面提出優化方案,最終在ARM嵌入式平臺下實現了面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法。測試結果表明,與優化前相比,優化后的編碼速度有了很大的提高,對于CIF格式的監控視頻序列能夠滿足實時處理的要求。

標簽： ARM 無線視頻傳感器網絡復雜度

上傳時間： 2013-07-26

上傳用戶：小小小熊
基于ARM和嵌入式LINUX的無線視頻監控系統的實現

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序4部分組成，用于實現對其它設備的控制、監視或管理等功能。其廣泛應用于控制領域、消費電子產品等行業，已成為現代電子領域的重要研究方向之一。而隨著電子技術，多媒體技術及網絡技術快速發展，視頻監控系統也正在向嵌入式，數字化，網絡化方向發展。嵌入式視頻監控系統充分利用大規模集成電路和網絡的科技成果，實現體積小巧，性能穩定，通訊便利的監控產品。本項的目的正是建立一個完整的基于 ARM9 核心處理器和嵌入式 Linux 操作系統的嵌入式視頻監控系統。本項目是在 ARM 微處理器平臺上，移植嵌入式Linux操作系統，并完成視頻采集、壓縮、傳輸任務。系統采用 ARM 微處理器 AT91RM9200作為主處理器，以視頻采集芯片 ADV7181 作為視頻采集設備，用 H.263視頻壓縮協議對視頻數據進行壓縮，最后通過中興通信公司 MG815+CDMA通信模塊傳輸到服務器上。本論文主要分成五個章節：第一章:首先介紹ARM和嵌入式Linux操作系統的特點和當前的發展概況，然后說明了本文的課題背景及意義；第二章:描述了硬件開發平臺。本系統采用了 ALTMEL 的AT91RM9200為核心的開發平臺，并擴展了以視頻采集模塊和CDMA無線傳輸模塊；第三章:描述了本系統的軟件開發平臺，包括嵌入式Linux開發流程以及移植到具體硬件平臺需要完成的工作，如 U-Boot 的移植、Linux內核的編譯與裁剪、文件系統的制作等；第四章:首先論述了本系統中的難點 FIFO 設備的驅動編寫，隨后在對H.263視頻壓縮編碼敘述的基礎上針對塊匹配運動估計給出了一種改進的菱形搜索算法代替原有的三步搜索法，并且通過實驗結果證明，經算法改進優化的新菱形算法優于原先的三步搜索法；第五章:得出了實驗結果，完成了視頻數據的無線網絡傳輸。

標簽： LINUX ARM 嵌入式無線視頻監控系統

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：martinyyyl
基于ARM的遠程視頻監控系統研究

視頻監控系統是一門集計算機技術、通信技術和數字視頻技術于一體的綜合系統。目前視頻監控正向著數字化、網絡化的方向發展。實現基于網絡的視頻監控系統的關鍵是一種嵌入式設備，它應該能夠采集壓縮視頻數據并通過網絡進行傳輸。本文介紹了一種基于嵌入式Linux的網絡視頻監控系統的設計和實現方法。首先從整體上分析了網絡視頻監控系統的總體設計方案，給出了視頻服務器的硬件框架和軟件體系，并重點討論了在ARM處理器上實現MPEG-4壓縮編碼的方法。其次在ARM硬件平臺成功構建了armlinux嵌入式系統：包括引導程序Bootloader的設計、修改配置linux內核以及制作JFFS2文件系統。其中創新地提出了從nandflash啟動U-BOOT具體設計方法。為了完成系統進一步的視頻采集工作，系統實現了USB數碼攝像頭的驅動。在應用程序開發過程中，首先設計了基于Vide04Linux的視頻采集程序，并采用mmap(內存映射)方式截取圖片。其次重點分析了MPEG-4編碼模型XVID程序中的運動估計部分，并研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點數提高了運算速度。最后利用開源JRTPLIB庫實現視頻數據流的RTP傳送。整個設計都是在深圳旋極公司研制的SUPER-ARM硬件平臺上進行的，linux內核采用2.4.18。其中MPEG-4編碼優化測試是在ARM DeveloperSuite(ADS)version 1.2中完成。本課題為在ARM平臺實現網絡視頻監控的設計做了有益的探索性嘗試，對今后進一步完成遠程嵌入式視頻監控系統的設計有著積極的意義。

標簽： ARM 遠程視頻監控系統研究

上傳時間： 2013-07-21

上傳用戶：Altman
基于DSPFPGA的H264AVC實時編碼器

H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。

標簽： DSPFPGA H264 264 AVC

上傳時間： 2013-07-24

上傳用戶：sn2080395
基于FPGA的視頻編碼器的設計

未來的時代是信息時代，信息需要通過媒體來進行記錄、傳播和獲取。視頻數據的壓縮技術和解壓縮技術成了多媒體技術中的關鍵技術之一，本論文設計的芯片正是基于FPGA實現視頻編碼器的設計，主要面向于對音頻和視頻信號進行壓縮和解壓縮的廣泛場合。本論文首先對FPGA技術做了介紹，主要從FPGA的結構和特點，闡述了FPGA設計的輸入、綜合、仿真、實現等，其次介紹了當今主流的視頻編碼標準，如H．263、H．264。本論文基于FPGA來實現視頻編碼，提出了視頻編解碼器系統設計方案，包括系統設計和模塊設計，最后，文章又提出了圖像預處理部分和運動估計部分的設計思想和實現步驟，其中的運動估計設計部分是整個論文的關鍵，以及通過仿真得到理想的結果。

標簽： FPGA 視頻編碼器

上傳時間： 2013-06-28

上傳用戶：aa17807091

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