本文關(guān)鍵詞： 視頻編碼器 運(yùn)動(dòng)估計(jì) FPGA 航天攝像機(jī)　出處：《西安電子科技大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著技術(shù)的突飛猛進(jìn),在各行各業(yè)中如實(shí)時(shí)視頻通信和視頻流媒體方面,在航天探索宇宙的最前沿,視頻壓縮正發(fā)揮著不可替代的作用。并隨著可編程邏輯器件的快速發(fā)展,視頻壓縮系統(tǒng)現(xiàn)在正朝著高速、高壓縮率、高可靠性以及小型化的方向不斷推進(jìn)。由此以小型化為設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)視頻壓縮正是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)�；谛⌒突暮教煸O(shè)計(jì)理念,本文完成了對(duì)攝像機(jī)的視頻編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用FPGA實(shí)現(xiàn)方案,并使用外部存儲(chǔ)器SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存。系統(tǒng)具體采用了簡(jiǎn)單高效的算法,利用流水線處理過(guò)程完成,并在實(shí)現(xiàn)中加入了可靠性設(shè)計(jì),保障其在航天環(huán)境中正常工作。論文的主要研究工作有:首先,本文圍繞視頻編碼器的研究,簡(jiǎn)單介紹了視頻壓縮的研究背景,標(biāo)準(zhǔn)在專家研究發(fā)布下不斷推進(jìn)的歷程,并總結(jié)了標(biāo)準(zhǔn)特別是應(yīng)用最廣的MPEG-4和H.264的特點(diǎn),以及結(jié)合本文航天編碼器基于FPGA設(shè)計(jì),闡述FPGA在該領(lǐng)域中投入應(yīng)用的歷程。接著,本文介紹了視頻壓縮編碼實(shí)現(xiàn)的基本原理,采用通用的混合方式,包括對(duì)時(shí)域,空間域及碼字的壓縮,并闡述了視頻編解碼器的基本框架和實(shí)現(xiàn)流程,這些標(biāo)準(zhǔn)采用的技術(shù)框架基本一致,具體闡述了MPEG-4和H.264不同的技術(shù)細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)方式,涉及的模式。其次,本文研究對(duì)比了當(dāng)前流行的實(shí)現(xiàn)架構(gòu),闡述了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。并且針對(duì)航天應(yīng)用以及小型化設(shè)計(jì)的目標(biāo),編碼系統(tǒng)確定采用FPGA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在編碼器關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)的理論基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了基于FPGA架構(gòu)的編碼器實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程和具體實(shí)現(xiàn)模塊,其中CMOS傳感器控制模塊,自動(dòng)曝光功能,編碼單元對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行處理并實(shí)現(xiàn)圖像壓縮,輸出壓縮碼流。對(duì)比常見的搜索方式,重點(diǎn)闡述了圖像壓縮部分采用的具有針對(duì)性的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法,并且匹配準(zhǔn)則采用SAD。系統(tǒng)通過(guò)合理利用硬件資源,闡述實(shí)現(xiàn)采用的模塊化設(shè)計(jì)思想和靈活并行流水線技術(shù),提高視頻編碼系統(tǒng)的處理速度。最后,本系統(tǒng)的FPGA程序首先通過(guò)軟件對(duì)各個(gè)模塊和系統(tǒng)總體進(jìn)行功能仿真,仿真正確后在硬件平臺(tái)上驗(yàn)證,本文提出的系統(tǒng)滿足小型化需求,并證明其具有較好的性能和處理速度。
[Abstract]:With the rapid development of technology, in a variety of industries such as real-time video communications and video streaming, space exploration in the space of the forefront of the universe. Video compression is playing an irreplaceable role. With the rapid development of programmable logic devices, video compression system is moving towards high speed and high compression ratio. The direction of high reliability and miniaturization is constantly advancing. Therefore, video compression based on miniaturization is the focus of current research. Based on the concept of miniaturization space design. In this paper, the design and implementation of video coding system for video camera is completed. The system is designed by FPGA. And the external memory SDRAM is used to cache the data. A simple and efficient algorithm is used in the system. Pipeline is used to process the data and the reliability design is added to the implementation. The main work of this thesis is as follows: firstly, this paper focuses on the research of video encoder, and introduces the research background of video compression. The standard is advancing continuously under the expert research release, and summarizes the characteristic of the standard, especially the most widely used MPEG-4 and H.264, and combines the design of the aerospace encoder based on FPGA in this paper. This paper describes the application of FPGA in this field. Then, this paper introduces the basic principle of video compression coding, using a general hybrid method, including the time domain, spatial domain and codeword compression. The basic framework and implementation flow of video codec are described. The technical framework used in these standards is basically the same. The different technical details and implementation methods of MPEG-4 and H.264 are described in detail. Secondly, this paper studies and compares the current popular implementation architecture, describes the advantages and disadvantages of each scheme, and aims at aerospace applications and miniaturization design objectives. The coding system is determined to be implemented by FPGA architecture. On the basis of the theory of key encoder implementation technology, the design flow and specific implementation module of encoder based on FPGA architecture are described in detail. CMOS sensor control module, automatic exposure function, coding unit to process the image signal and achieve image compression, output compression code stream. Compare common search methods. Focus on the image compression part of the targeted motion estimation search method, and the matching criteria using SAD. the system through the rational use of hardware resources. The modular design idea and the flexible parallel pipeline technology are introduced to improve the processing speed of the video coding system. Finally. At first, the FPGA program of the system simulates the function of each module and system through software, and the simulation is verified on the hardware platform. The system proposed in this paper meets the miniaturization requirement. It is proved that it has good performance and processing speed.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN919.81

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本文編號(hào)：1461063