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实时视频图像处理SoC设计研究

王蕙  
【摘要】:目前,视频图像压缩处理广泛应用在如下领域:数字电视、视频会议、数字图书馆、远程教育、远程诊断、交互式游戏等等。对传输、存储、计算要求相当高。 本文分析了图像压缩处理的各种算法。根据运算规模、并行性、运算规整性的差异将其分为高、中、低三种等级。不同的等级采用了不同的算法结构实现。 视频图像处理系统是典型的实时系统。本文从时间上分析了系统实时性要求。重点研究了当前引起广泛重视的HDTV视频解码系统的实时性要求。其实时性要求相当高,为标准清晰度SDTV的6倍,因此具有代表性。 视频处理系统的两种体系结构:可编程结构和专用结构。可编程结构灵活,适用范围广,易于升级,但电路复杂,电路功耗大。专用视频解码器结构硬件开销小,处理速度高,但它的可扩展性差。随着VLSI技术的发展,系统集成芯片(SoC)是总的发展趋势。本文主要研究了专用的SoC。 就目前CMOS工艺而言,存储器件的速度以及存储单元同处理单元间的数据传输、调度成了系统的瓶颈,而且随着视频图像压缩算法的发展,数据格式复杂度提高,关联性增强,这一问题越显突出。因此本文主要研究了SoC中的数据存储结构和数据调度策略。 首先研究了两类数据存储结构:本地缓存和帧存。并且提出了未来的SoC结构的发展方向:片上memory。 其次,在数据存储结构的基础上研究了bus上数据调度策略:分时调度,循环调度、固定优先级调度等等,它们各有特点,适用于不同的应用环境。本文通过分析视频图像处理的持续性、周期性、相关性等特征,提出了混合调度策略。 最后,通过实例HDTV视频解码系统验证了本文提出的数据存储和数据调度方案。由于该系统是基于图像处理算法特征设计的,因此在满足实时性要求的同时,还具有性能良好的硬件结构,硬件开销小,功耗低。


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