视频编码系统的fpga设计与实现

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1、；ＴＮ９１９．８１分类号单位代码：１０１８３研究生学号：２０１３５２２０７１密级：公开參古林大学硕女学位论文学术学位（）视频编码系统的ＦＰＧＡ设计与实现ＴｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂｙＦＰＧＡ作者姓名：王晓静专业：信号与信息处理研究方向：图像处理’指导教师；杨晓萍教授培养单位：通信工程学院２０１６年６月视频编码系统的ＦＰＧＡ设计与实现ＴｈｅｉｎｏｖｎｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｆｉｄｅｏｃｏｄｉｇｓｙｓｔｅｍｂｙＦＰＧＡ作者姓

2、名：王晓静专业名称：信号与信息处理指导教师；杨晓萍教授学位类别：工学硕±答辩曰期必年（月户曰未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何张式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博或硕学位论文原创性声明：所呈交学位论文本人郑重声明，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰

3、写过的作品成果。对本的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；１蘇＾或｜＇日期：２。，店年月人日摘要视频编码系统的FPGA设计与实现数字视频的应用越来越广泛，视频应用已经渗透到工业生产、日常生活、军事作战等各方面，为公共安全提供了保障。高稳定性、低成本、可扩展性等方面具有突出优势的压缩编码技术有重要的学术研究意义与实际应用意义。高标准的视频编码算法十分复杂，需要大量的计算。基于传统嵌入式处理器实现的编码系统，在编码性能、视频质量、实时性方面都无法满足越来越高的编码要求

4、；利用视频编码芯片或数字信号处理器平台实现的编码系统，虽然有较完善的编码系统性能，但平台接口的定义已经固化，可扩展性差；而基于可编程性强的FPGA平台设计视频编码方案，不仅编码性能高，而且可扩展性强。大量国内外文献表明，视频编码系统的现场可编程门阵列(FPGA)设计与实现，在编码性能、稳定性、实时性等方面均能得到大幅的提升。本文深入研究了H.264视频压缩标准，实现了一个兼有NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA各自特性的H.264视频编码器方案。本文的主要工作为：首先，研究H.264编码的相关理论及其关键技术包括4×4帧内亮度预测模块、8×8帧内色度预测模块、16×16

5、帧内亮度预测模块、帧间预测模块、4×4整数DCT变换模块、量化模块、4×4逆整数DCT变换、逆量化模块、熵编码模块、以及去块滤波模块等模块。确定实现H.264编码的基本档次。通过在官方制定的H.264编码的基础框架上经过分析与简化，去掉了编码算法中复杂度较高或者对编码性能的提高影响小的算法模块，整理出一套能够在FPGA中适用的完整的基本档次的H.264编码算法。首先，在SOPCBuilder开发环境中，设计并构建视频编码系统所需要的SOPC硬件系统平台，主要工作是调用SOPCBuilder的IP核资源并定制SOPCBuilder中没有的SD卡控制器IP核，构建了以N

6、iosⅡ处理器为核心的SOPC硬件系统。然后，将H.264编码算法加入到NiosⅡ开发环境中，并使用C语言设计相应软硬件接口。最后，将H.264编码算法集成到SOPC硬件系统，结合开发板进行硬件和软件的联合调试验证编码系统主要模块的功能。并使用MATLAB和H264visa软件分析验证编码系统和编码性能。关键词：H.264编码，FPGA，SOPC，NiosⅡ处理器IAbstractTheimplementationofvideocodingsystembyFPGADigitalvideobecamesmoreandmorewidelyuse,andhavepenet

7、ratedintoallaspectsofindustrialproduction,dailylife,militaryoperationsandotherfieldtoprovidpublicsafetyprotection.Videocodingtechnology„soutstandingadvantagesintermsofstability,functionality,cost,scalability,andotheraspectsmakeitimportanttoacademicandpractical.Videoencodingsystemhasa