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基于DSP与FPGA的H.264视频压缩系统的研制

叶鲁杰  
【摘要】: 随着数字视频编码技术的发展和广泛应用,许多视频编码应用方案不断被提出和应用。在众多的编码方案中,H.264是目前最高效和应用最多的编解码标准。然后与以往的视频编码技术相比,H.264的优越性能是以实现的高复杂度为代价的,这给H.264的实时的嵌入式应用带来了困难。这也同时给设计基于H.264的嵌入式编码系统的工程人员带来了极大的挑战。因此,采用高速DSP或者FPGA进行视频编解码成为了视频应用领域的热点。 DSP芯片以其超强的处理速度和较低的功率和资源的消耗,特别在视频处理领域有非常出色的表现。TI公司的DM642芯片是专门为图像视频处理应用设计的,是实现H.264编解码的理想平台。而FPGA的数据和算法并行处理机制又为高复杂度实时视频编解码方案注入了新的活力。本文融合了DSP与FPGA的优点,在深入研究H.264编码器原理的基础上,自行设计了基于DSP与FPGA的编码器硬件平台,并在此基于上进行了算法实现,最后设计了一个可用且性能良好的H.264实时编码系统。 论文首先研究参考了大量H.264的文献资料,详细分析并介绍了H.264中各个关键算法的原理;其次,作者讨论了自己设计并绘制的PCB硬件平台,论证了视频编码器的硬件方案,给出了硬件系统的整体框图,并重点分析了关键电路的电路原理及设计过程,为H.264视频编码搭建了了一个良好的硬件平台;再次,本文具体讨论了DSP软件的设计过程,包括软件的开发流程、底层的片上外设驱动程序的编写、T264开源代码的选择和移植以及编码器在DSP上实现和如何优化的关键问题;同时,在FPGA上设计了整数变换和量化、CAVLC熵编码的模块,给出实现结构和仿真波形。最后,进行了系统性能测试,结果证明本文实现了H.264的基线档级,成功设计了一个性能良好的实时视频编码系统。 本设计源于与科研单位的合作项目,设计成果将用于无人飞机无线实时视频编码传输系统,有着重要的实用意义。而且对提高视频压缩的实时性应用也有一定的参考价值。


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