發(fā)布時間：2017-11-13 00:31

  本文關鍵詞：視頻編碼系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設計與實現(xiàn)

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【摘要】：實時視頻處理在視頻通話、視頻現(xiàn)場直播等領域有著廣泛的應用,而視頻壓縮是視頻處理中重要的一環(huán)。視頻壓縮技術用于平衡視頻壓縮率和視頻質(zhì)量之間的矛盾。隨著視頻壓縮技術的進步,在保證相同視頻質(zhì)量的前提下,只需要更少的比特率。但是,視頻壓縮的計算復雜度不斷增加,使傳統(tǒng)計算機越來越難以完成實時編解碼的要求,因而出現(xiàn)了基于專用芯片、基于DSP和基于FPGA的解決方案。由于FPGA技術在集成度,低功耗,并行化和高速方面的快速進步,為軟硬件協(xié)同應用系統(tǒng)提供了高性能的實現(xiàn)平臺。FPGA的兩個主要品牌Xilinx和Altera先后分別推出了基于ARM的SoC FPGA芯片,這類芯片內(nèi)部集成了ARM硬核處理器和可編程邏輯,它們之間通過互聯(lián)結構通信。ARM-FPGA結構的芯片既能夠獲得FPGA在圖像處理方面的計算優(yōu)勢,又能夠充分利用ARM處理器提供的外圍設備。本文使用軟硬件協(xié)同設計的思想,在基于Altera Cyclone V FPGA SoC芯片的DE1SoC FPGA平臺上,采用ARM硬核控制及FPGA算法硬件化,設計并實現(xiàn)視頻編碼系統(tǒng),使集成電路的工藝和電路系統(tǒng)的進步變?yōu)閷嶋H應用系統(tǒng)的性能提升。論文測試開源編碼器在雙核ARM Cortex-A9@800MHz的編碼性能,結合測試結果和對實現(xiàn)復雜度的分析,制定整個系統(tǒng)的軟硬件劃分方案。在分析H.264編碼器結構的基礎上,詳細研究了幀內(nèi)編碼環(huán)路中各個功能模塊的基本原理,設計并測試了具有3種預測模式的亮度4x4幀內(nèi)預測模塊、具有3種預測模式的色度8x8幀內(nèi)預測模塊、4x4變換模塊、2x2 DC變換模塊、量化模塊,并最終實現(xiàn)整個幀內(nèi)編碼器。論文基于DE1SoC FPGA開發(fā)平臺,在FPGA端實現(xiàn)視頻采集、視頻編碼和采集圖像預覽的功能。在ARM端,基于JRTP庫實現(xiàn)了編碼發(fā)送的功能,設計的軟件控制FPGA中各IP核執(zhí)行、封裝并發(fā)送碼流。在PC機上,基于Qt和FFMPEG庫,實現(xiàn)接收解碼端,完成接收并組合RTP包、解碼和實時顯示圖片的功能。在DE1SoC FPGA開發(fā)平臺上,實際的運行結果顯示,視頻系統(tǒng)的編碼速率為720P@20幀/s,并且得到的重建圖片質(zhì)量比較好。論文為視頻編碼系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設計及實現(xiàn)積累了開發(fā)經(jīng)驗,建立了視頻編碼系統(tǒng)運行的軟硬件平臺,為后面開展軟硬件協(xié)同設計的工作打下基礎,有一定的實際意義。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.81

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本文編號：1178341