本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的視頻編解碼關(guān)鍵算法研究與設(shè)計

  更多相關(guān)文章： H.264/AVC H.265/HEVC FPGA 幀內(nèi)預(yù)測 IQIT 去方塊濾波

【摘要】：H.264/AVC作為一種成熟的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控、數(shù)字電視、高清攝像等領(lǐng)域。H.264/AVC具有很高的壓縮率和良好的網(wǎng)絡(luò)親和性,但在獲得高壓縮率的同時計算復(fù)雜度進(jìn)一步增加。H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的計算復(fù)雜度為前一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.263的2.5倍,這將更加考驗處理器的計算能力。新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC與H.264/AVC相比具有更高的壓縮率,需要極強(qiáng)的計算能力才能完成視頻的實時編解碼。鑒于FPGA處理速度快、可并行處理、可靈活調(diào)取IP核等特點,本文基于FPGA對H.264/AVC解碼器和H.265/HEVC編碼器中的關(guān)鍵算法進(jìn)行了研究與設(shè)計。本文對H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的原理進(jìn)行說明,重點對H.264/AVC解碼端的幀內(nèi)預(yù)測算法、IQIT算法和去方塊濾波算法進(jìn)行分析。對H.264/AVC幀內(nèi)預(yù)測算法加以優(yōu)化,采用自適應(yīng)的流水線進(jìn)行處理,利用4路并行的PE在1個周期內(nèi)計算出1列4像素的預(yù)測值；為IQIT算法設(shè)計一種可重配的IDCT運算單元和反量化運算單元；為去方塊濾波算法提出了一種改進(jìn)的濾波順序,極大增強(qiáng)了濾波時的數(shù)據(jù)復(fù)用,采用流水線的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了去方塊濾波的運算過程。通過提取官方編碼模型JM中的關(guān)鍵變量,與設(shè)計的H.264/AVC幀內(nèi)預(yù)測算法、IQIT算法及去方塊濾波算法硬件的RTL仿真結(jié)果進(jìn)行比對驗證,證明了算法硬件設(shè)計的正確性�；贏ltera公司EP4CE115F29C7開發(fā)平臺實現(xiàn)了硬件電路設(shè)計,結(jié)果表明幀內(nèi)預(yù)測硬件電路、IQIT硬件電路、去方塊濾波硬件電路所支持的分辨率及幀率分別為1920×1080@42fps、1920×1080@60fps、 1920×1080@60fps,獲得了很好的實時性能。介紹了H.265/HEVC的編碼框架,對幀內(nèi)預(yù)測算法進(jìn)行詳細(xì)分析。采用64路并行PE配合控制單元及像素存取完成LCU塊幀內(nèi)預(yù)測的模式選擇。按從小塊到大塊的順序進(jìn)行全模式遍歷,避免了不同大小塊給硬件設(shè)計帶來的困難。采用16路并行處理的方式在1個周期內(nèi)得到1個4×4塊的預(yù)測結(jié)果。完成H.265/HEVC幀內(nèi)預(yù)測算法的硬件設(shè)計并提出完備的存儲設(shè)計,全新的像素更新機(jī)制可節(jié)約存儲器數(shù)目。
【關(guān)鍵詞】：H.264/AVC H.265/HEVC FPGA 幀內(nèi)預(yù)測 IQIT 去方塊濾波
【學(xué)位授予單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN791;TN919.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 緒論7-11
• 1.1 課題研究背景及意義7-8
• 1.2 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展8-9
• 1.3 視頻編解碼器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9
• 1.4 論文的主要工作與結(jié)構(gòu)安排9-11
• 第2章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)11-15
• 2.1 H.264/AVC編解碼器原理11
• 2.2 H.265/HEVC編碼器原理及標(biāo)準(zhǔn)新特性11-13
• 2.2.1 編碼器原理12
• 2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)新特性12-13
• 2.3 H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)與H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)對比分析13-14
• 2.3.1 算法比較13-14
• 2.3.2 劃分方式比較14
• 2.4 本章小結(jié)14-15
• 第3章 H.264/AVC解碼器關(guān)鍵算法設(shè)計15-35
• 3.1 現(xiàn)有設(shè)計分析15-16
• 3.2 幀內(nèi)預(yù)測算法設(shè)計16-23
• 3.2.1 幀內(nèi)預(yù)測算法分析16-18
• 3.2.2 plane模式的算法優(yōu)化18-19
• 3.2.3 自適應(yīng)流水線設(shè)計19-20
• 3.2.4 幀內(nèi)預(yù)測算法的硬件設(shè)計20-23
• 3.3 IQIT算法設(shè)計23-27
• 3.3.1 IQIT算法分析23-26
• 3.3.2 IQIT算法的硬件設(shè)計26-27
• 3.4 去方塊濾波算法設(shè)計27-33
• 3.4.1 去方塊濾波算法分析28-29
• 3.4.2 濾波順序的選擇29-30
• 3.4.3 去方塊濾波算法的硬件設(shè)計30-33
• 3.5 本章小結(jié)33-35
• 第4章 H.265/HEVC幀內(nèi)預(yù)測算法分析35-43
• 4.1 幀內(nèi)預(yù)測模式詳解35-37
• 4.2 幀內(nèi)預(yù)測過程37-41
• 4.3 幀內(nèi)預(yù)測新特性41-42
• 4.3.1 模式對稱性41
• 4.3.2 預(yù)測值重用41-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 第5章 H.265/HEVC幀內(nèi)預(yù)測設(shè)計43-53
• 5.1 現(xiàn)有設(shè)計分析43-44
• 5.2 幀內(nèi)預(yù)測模式選擇硬件設(shè)計44-47
• 5.2.1 控制模塊的設(shè)計45-46
• 5.2.2 計算模塊的設(shè)計46-47
• 5.3 幀內(nèi)預(yù)測算法硬件設(shè)計47-50
• 5.3.1 參考像素濾波模塊的設(shè)計48-49
• 5.3.2 參考像素寄存器管理模塊的設(shè)計49
• 5.3.3 幀內(nèi)預(yù)測計算模塊的設(shè)計49-50
• 5.4 存儲電路設(shè)計50-52
• 5.4.1 存儲LCU最優(yōu)劃分及最優(yōu)模式RAM的設(shè)計50
• 5.4.2 存儲預(yù)測結(jié)果RAM的設(shè)計50
• 5.4.3 參考像素RAM的設(shè)計50-52
• 5.5 本章小結(jié)52-53
• 第6章 關(guān)鍵算法功能驗證與性能分析53-61
• 6.1 H.264/AVC編解碼器的測試模型53-54
• 6.2 H.264/AVC解碼器關(guān)鍵算法設(shè)計的功能驗證54-58
• 6.2.1 幀內(nèi)預(yù)測算法的功能驗證54-56
• 6.2.2 IQIT算法的功能驗證56-57
• 6.2.3 去方塊濾波算法的功能驗證57-58
• 6.3 邏輯綜合結(jié)果58-59
• 6.4 性能分析59-60
• 6.5 本章小結(jié)60-61
• 第7章 結(jié)論與展望61-63
• 7.1 結(jié)論61
• 7.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果65-67
• 致謝67-68

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1 倪偉,郭寶龍,陳龍?zhí)?一種三階頻域幀內(nèi)預(yù)測算法[J];計算機(jī)應(yīng)用研究;2004年12期

2 王嵩,王青,薛全;幀內(nèi)預(yù)測的模式選擇快速算法研究及其實現(xiàn)[J];浙江理工大學(xué)學(xué)報;2005年01期

3 杜博;方向忠;;一種新的H·264幀內(nèi)預(yù)測快速算法[J];電子測量技術(shù);2006年04期

4 李海燕;張春元;付劍;;基于流體系結(jié)構(gòu)的幀內(nèi)預(yù)測算法優(yōu)化設(shè)計[J];電子學(xué)報;2010年05期

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