基于fpga的h.264视频压缩编码系统研究与实现.pdf

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Electronicand Information Engineering Research and Realization of pression Coding System Based on FPGA A Thesis munication and Information System by Li Feipeng Advised by Lei Zhongkui Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering December, 2011 承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名: 日期: 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘要 -T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG) 共同开发的新一代视频压缩编码标准。新标准采用了一系列先进的编码技术,包括空间域的帧内预测、多参考帧帧间预测、1/4像素精度运动估计、434整数变换和基于上下文的熵编码等。、高图像质量、良好的网络适应性等优点,在数字电视、视频实时通信、网络视频流媒体传输等多个方面的应用越来越广泛。然而,。FPGA既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点,又克服了ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点,是视频编解码系统开发的重要平台。,采用Actel公司的CoreMP7开发板,。分析并提出了编码的详细流程。完成了视频采集与编码各主要功能模块的硬件设计,并对部分模块进行了FPGA实现和功能仿真。论文工作主要包括以下几个方面: 1、设计了视频采集与编码的系统结构。基于OV7670数字图像传感芯片,设计了视频采集的流程与硬件结构。 2、详细阐述了帧内预测编码技术,设计了所有预测模式通用的处理单元(PE)和并行式的帧内预测模块硬件结构,充分利用了FPGA的并行处理能力。 3、详细阐述了帧间预测编码技术,重点研究了运动估计的UMHexagonS算法,并从多个方面对算法进行了改进,改进的算法比原算法节省了7%~14%的运动估计时间。同时,设计了基于改进UMHexagonS算法的运动估计器。 4、对整数DCT变换与反变换、Hadamard变换与反变换以及各种类型残差数据对应的量化与反量化过程进行了研究,设计并实现了各自的硬件结构,在ModelSim中对电路模块进行了功能仿真。 5、详细介绍了熵编码原理,设计了Exp-Golomb编码和CAVLC编码的流程和硬件结构, 并进行了FPGA实现,对编码的总体及内部各重要模块进行了功能仿真。关键词:,帧内预测,帧间预测,UMHexagonS,熵编码,FPGA ii Abstract is the newest generation pression encoding standard developedjointly by ITU-T Video Coding Expert Group(VCEG)and ISO/IEC Moving PicturesExpert Group(MPEG).The new standard introduces someadvanced video encoding technology,including intra prediction,multi-frame interestimation,1/4fractionalpixel motion estimation, 4×4integer conversion,entropy coding based on the context, using these advanced technology, the merit