h.264去方块效应滤波器的fpga设计与优化

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1、西安电子科技大学硕士学位论文H.264去方块效应滤波器的FPGA设计与优化姓名：张学富申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：宋彬201201摘要H．264采用基于块的DCT整数变换、量化和运动补偿等技术来实现视频数据的压缩，而基于块的视频编码技术将不可避免的引入块效应，造成图像质量的损伤，特别是在低码率条件下图像质量下降尤其明显。为了提高编码效率和图像的主观质量，H．264中引入去方块效应滤波模块。去方块效应滤波器是H．264标准中的一个重要选项，起着重要的作用。本文主要研究此模块的硬件设计与实现。本文首先分析了视频编码技术和FPGA技术的发展，详细介绍

2、了H．264去方块效应滤波器的工作原理，这是本文研究的理论基础。进而在不改变滤波结果的前提下提出了对此模块的设计优化思路：对滤波中间数据进行缓存，减少对外部存储器的访问次数和数据总线的占用，加快滤波速度；在对4x4子块间相关性进行研究和分析的基础上，采用了便于硬件实现的滤波顺序；设计了数据的输入输出方式，数据的输入顺序更符合改进的滤波顺序，能够减少中间数据的存储，数据的输出采用9种模式，有利于完成滤波的数据尽快输出；结合改进的滤波顺序和输入输出设计提出一种并行计算结构，加快r滤波速度。基于上述设计思路给出了H．264去方块效应滤波器模块的整体结构设计，详细讨论了内

3、部功能模块的划分，对硬件结构进行优化和改进并使用Vefilog硬件描述语言对其进行了实现。最后，利用Modelsim以及PLI技术对整个模块和各个功能模块进行了仿真验证；以去方块效应滤波器模块的软件实现为基准，验证了系统在逻辑上的正确性。在Virtex5系列的XC5VLX330T硬件平台上利用ISE的XST综合工具对系统进行了综合验证，仿真结果表明，占用了约7％的Registers，13％的LUT。工作频率可达104MHz，一个完整宏块滤波过程占用136个时钟周期，与已有的设计相比在滤波速度上优势较为明显。关键词：H．264FPGA去方块效应AbstractDCT

4、transform，quantizationandmotioncompensationbasedonblocksareusedinH．264tOcompressvideodata．Thiskilldofvideocompressiontechniqueunavoidablybringsblockingartificialedges，whichwilldegradeimagequalityandblocktransmittingunderlowcodingratio．Toimproveimagequality,adeblockingfilterisappliedin

5、H．264．AsallessentialpartinH．264，thedeblockingfilterplaysanimportantroleinremovingannoyingblockingdistortion．Inthisthesis，wefocusonthehardwaredesignandimplementationofthemodule．ThisthesisgivesanoutlineofvideoencodingandFPGAtechnologies，analyzestheprincipleofH．264deblockingfilter,whichi

6、sthetheoreticalbasisofthisthesis．Andthenproposesanoptimizeddeblockingfilterwithoutchangingthefilterresults：thereferencedataarestoredinregistersinordertospeedupthefilterandreducetheaccessfrequencytoSDRAM；consideringthecorrelativityofeach4x4blockinamacroblockonspace，aproperfilterorderis

7、applied；wealsoproposeanewdesignofdatainputandouputstructure，themodeofinputdataismoreadapttothefilterorder,thereare9modesofoutputdata,whicharegoodforoutputtingthedataassoonaspossible；andthenaparallelcomputingarchitectureisproposedtospeedupthefilter．Basedontheabovedesignideas，theinterna

8、lstru