软硬件协同的mpeg4视频解码器设计与实现

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1、上海交通大学硕士学位论文软硬件协同的MPEG-4视频解码器设计与实现摘要音视频多媒体技术以最直观的方式表达信息，给人们带来了丰富的信息和多彩的娱乐感受。在多媒体设备中，MPEG-4标准因其编码方式先进，压缩效率高，错误控制机制可靠而被普遍采用。视频解码是其中最重要、最复杂的技术。视频解码器的主流方案包括纯软件解码方案和纯硬件（ASIC）的解码方案两种。这两种方案有各自的优点和缺点。纯软件解码方案的主要优点是灵活，易于开发和调整更新。主要缺点是解码效率低，功耗大。ASIC方案的优点是集成度高，功耗小，可靠性

2、高，运算速度快。其缺点在于，开发难度大，周期长，灵活性差。针对MPEG-4视频解码器，综合软件方案和硬件方案的长处，本设计采用软硬件协同的解决方案，即CPU配合硬件加速器的形式。这个方案将整个解码过程进行合理划分，将运算比较集中的部分用硬件加速器方式实现，而运算量较小、控制复杂的部分用软件实现。采用软硬件协同的设计方法可以较好的兼顾解码速度、功耗、灵活性、成本以及开发周期的要求。通过分析MPEG-4视频解码的原理和流程，在开源解码软件XVID的基础上，本文首先根据软件计算量统计的结果，确定了软硬件划分II

3、I上海交通大学硕士学位论文方案，将占整体计算量74%以上的IDCT、帧间运动补偿、反量化三部分划入硬件加速器。设计了系统的四级流水机制。接下来，给出了各个模块的详细设计。包括主控电路、反量化模块、反离散余弦变换(IDCT)模块和运动补偿模块。根据标准规定的算法结合实际情况做出优化，力争提高效率的同时节约资源的使用。实现了软硬件协同，在XVID的基础上，修改其中涉及到硬件加速器的软件代码，使之与硬件加速器协同工作。硬件加速器用VerilogHDL硬件描述语言完成开发，结果证明，本设计达到了设计要求。在CPU

4、工作频率200MHz、硬件加速器工作频率50MHz、软硬件协同工作下，解码性能相对纯软件大约提高了3至5倍左右，能够满足CIF分辨率实时视频播放的要求。关键词：MPEG-4，视频，解码器，软硬件协同IV上海交通大学硕士学位论文TheResearchandImplementationofSoftwareHardwareCo-designforMPEG-4VideoDecoderABSTRACTMultimediatechnologywithvideoandaudioisthemostdirectmethod

5、ofexpressinginformation,makingpeople’slifemorecolorful.MPEG-4standardiswidelyemployedinmultimediadevicesnowadaysbecauseofitsadvanceincompressiontechnologyandrobusttouse.Videodecoding,amongmultimediadevice’stechnologies,isthemostimportantandcomplexone.Thet

6、womainframesolutionsforvideodecoderdesignincludesoftware-onlymethodandhardware-onlymethod.Therearemeritsandshortcomingsinthesetwosolutions.Thesoftware-onlysolutionisflexiblebutlowinperformance.Thehardware-onlysolutionisofhighperformancebutnotflexible.Take

7、advantagesofsoftware-onlyandhardware-onlysolutions,thispaperputsforwardasoftwarehardwareco-designsolution,whichemploysbothCPUandhardwareaccelerator.Bycarefullypartitioningofthehardwareandsoftware,thecomputationalhotspotsareshiftedtothehardwareaccelerator,

8、inthemeantime,theleftfunctionsremainsinsoftware.Thissolutionishighinperformanceandstillflexible.BasedontheopensourceMPEG-4softwaredecoderXVID,theV上海交通大学硕士学位论文paperfirstlypartitionsthedecoderintosoftwarepartandhardwa