基于fpga的视频编解码系统设计

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1、基于FPGA的视频编解码系统设计摘要：结合Altera公司CycloneII器件中NiosII嵌入式CPU内核开发板，进行视频编码、解码的硬、软件设计，制作成实物模块。讨论了视频编码、解码原理，对FPGA、CPLD逻辑器件进行深入学习和研究，设计了一套视频编码解码简易系统。关键词：AlteraCycloneIINiosII视频编解码中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0025-02Abstract：TheNiosIIembeddedCPUcoredeve

2、lopboardbasedonAlteraCycloneIIcanapplyinvideoencode，designofhardwareandsoftwaredecoding，makingobjectsunits.Thispaperdiscussedvideoencodeanddecodingprinciples，carryingonthroughanalysisandexplorationtoFPGA，CPLDlogicdevices，anddesigningasimplesystemofvideoen

3、codeanddecode.KeyWords：AlteraCycloneII；NiosII；VideoCodecAltera公司是可编程逻辑解决方案的倡导者，CycloneIIFPGA以低于ASIC的成本实现了高性能和低功耗，单独使用CycloneII6FPGA，可以把它用作数字信号处理（DSP）解决方案，实现NiosII处理器时，Cyclone？IIFPGA提供高性价比嵌入式处理解决方案[1]。在CycloneII器件中实现NiosII嵌入式CPU内核，能够达到超过100DMIP的性能。最大的Cyclo

4、neII器件内具有多达68，416个LE，单个器件内可以例化多个NiosII内核[2]，利用这种特性，我们设计视频编码、解码系统。1视频编解码原理常见的电视信号制式是PAL和NTSC，另外还有SECAM等。NTSC即正交平衡调幅制。PAL为逐行倒像正交平衡调幅制。PAL电视标准，每秒25帧，电视扫描线为625线，奇场在前，偶场在后，标准的数字化PAL电视标准分辨率为720×576，24比特的色彩位深，画面的宽高比为4∶3，PAL电视标准用于中国、欧洲等国家和地区。NTSC电视标准，每秒29.97帧（简化为

5、30帧），电视扫描线为525线，偶场在前，奇场在后，标准的数字化NTSC电视标准分辨率为720×486，24比特的色彩位深，画面的宽高比为4∶3。NTSC电视标准用于美、日等国家和地区。NTSC制属于同时制，是美国在1953年12月首先研制成功的，并以美国国家电视系统委员会（NationalTelevisionSystem6Committee）的缩写命名。这种制式的色度信号调制特点为平衡正交调幅制，即包括了平衡调制和正交调制两种，虽然解决了彩色电视和黑白电视广播相互兼容的问题，但是存在相位容易失真、色彩不

6、太稳定的缺点。NTSC制电视的供电频率为60Hz，场频为每秒60场，帧频为每秒30帧，扫描线为525行，图像信号带宽为6.2MHz。PAL制是为了克服NTSC制对相位失真的敏感性，在1962年，由前联邦德国在综合NTSC制的技术成就基础上研制出来的一种改进方案。PAL是英文PhaseAlterationLine的缩写，意思是逐行倒相，也属于同时制。它对同时传送的两个色差信号中的一个色差信号采用逐行倒相，另一个色差信号进行正交调制方式。这样，如果在信号传输过程中发生相位失真，则会由于相邻两行信号的相位相反起

7、到互相补偿作用，从而有效地克服了因相位失真而起的色彩变化。因此，PAL制对相位失真不敏感，图像色彩误差较小，与黑白电视的兼容也好，但PAL制的编码器和解码器都比NTSC制的复杂，信号处理也较麻烦，接收机的造价也高。2系统硬件电路设计基于上述视频码流原理，我们设计视频编、解码模块采用视频解码芯片TVP5150，它是TI公司生产的一款低功耗视频解码芯片，可以将NTSC或PAL制式的视频信号换成8位ITU-R6BT.656格式的数字信号，并可以输出独立的行同步和场同步以及数据时钟信号等。TVP5150解码器可以

8、把输入的模拟视频信号按照YCbCr4∶2∶2的格式进行转换，同时还支持复合视频和S端子视频输入。在TVP5150内部，有一个9位2倍采样的ADC；有一个4线自适应梳状滤波器，可以同时对亮度和色度信号进行滤波，以削弱这两个信号之间的相互影响。基于上述特性，该芯片在数字电视、PDA、笔记本电脑、手机、视频录像/播放器、手持游戏机等领域得到了广泛地应用。图1是其功能框图。视频编、解码模块采用视频编码芯片是ADI公司生产的ADV717