本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的H.264解碼器設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著多媒體時(shí)代的到來,視頻成為了當(dāng)今社會(huì)獲取信息的主要途徑之一。在視頻分辨率和幀率不斷提升的同時(shí),高質(zhì)量的視頻對存儲系統(tǒng)和傳輸信道也有著極高的要求。因此對于視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的選取尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻的實(shí)時(shí)解碼,本文選擇FPGA來實(shí)現(xiàn)H.264編解碼標(biāo)準(zhǔn)的解碼器設(shè)計(jì)。首先,本文介紹了H.264標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)概念,對比了各種解碼方式的優(yōu)缺點(diǎn)。分析了H.264編解碼器的結(jié)構(gòu)和流程,將解碼器分解為熵解碼器、反量化反變換解碼器、幀內(nèi)預(yù)測解碼器和幀間預(yù)測解碼器四個(gè)模塊。其次,本文對各個(gè)解碼器模塊進(jìn)行了優(yōu)化。采用分組計(jì)算的方法減少了熵解碼器查表次數(shù)和遍歷深度。在反量化反變換解碼器中,將二維反變換轉(zhuǎn)化為了兩次一維蝶形運(yùn)算,降低了算法復(fù)雜度。利用4個(gè)可重構(gòu)的計(jì)算單元,將幀內(nèi)預(yù)測的17個(gè)預(yù)測模式的預(yù)測計(jì)算方式統(tǒng)一,節(jié)約了資源。每個(gè)時(shí)鐘周期可實(shí)現(xiàn)4個(gè)像素的幀內(nèi)預(yù)測解碼。幀間預(yù)測解碼通過運(yùn)動(dòng)矢量定位參考像素的方式,內(nèi)插計(jì)算預(yù)測像素值。最后,將各個(gè)解碼器模塊通過狀態(tài)控制機(jī)整合,實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的功能。在Altrea的Cyclone IV的EP4CE40F23C8N平臺上使用Quartus II自帶綜合工具進(jìn)行綜合,在Modelsim環(huán)境下進(jìn)行仿真。并使用黑盒驗(yàn)證的方法,以JM86為參考模型對解碼器進(jìn)行了性能分析。結(jié)果表明,解碼的視頻質(zhì)量峰值信噪比都在40dB左右。當(dāng)解碼器運(yùn)行在最高頻率時(shí)可以完成720@30fps的視頻實(shí)時(shí)解碼。本設(shè)計(jì)能夠支持H.264的基本檔次解碼需求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN919.8;TN764

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