H.264编码系统架构及其SOPC实现的研究

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国际电信联盟(ITU:InternationalTelecommunicationsUnion)和国际标准组织(ISO:InternationalOrganizationforStandardization)于2003年结合各自的H.263+和MEPG-4视频编解码标准,制定了H.264编解码标准。H.264编解码标准采用了多参考帧补偿、变块尺寸运动补偿、基于上下文的二元算数编码、灵活的宏块排列模式和任意条带排列模式、数据分区等最新的视频编码技术,主要应用于有线电视远程监控、交互媒体、数字电视、视频会议、视频点播、流媒体服务等领域。本文深入研究了H.264视频压缩标准,结合NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA自身特点,设计了一个基于SOPC嵌入式系统的低成本H.264视频编码器方案。主要做了如下工作:   首先,研究了H.264编码相关理论及其关键技术,在官方H.264编码模型X264的基础上通过适当的剪裁与精简,去除计算复杂较高但对编码性能贡献小的算法模块,以降低算法的复杂度,提高编码速度,整理一套适用于SOPC实现的基于H.264基本档次的编码系统,并在MicrosoftVisualC++6.0中验证了编码系统的正确性。   其次,设计验证编码系统所需要的硬件系统,在QuartusⅡ与SOPCBuilder开发环境中,利用现有的免费IP核资源定制了以NiosⅡ处理器为核心的硬件系统,对SD卡控制器IP核、数码管控制器IP核等外围部件进行了独立设计,并将其集成到了硬件系统中,在NiosⅡEclipse中编写了SD卡、数码管、LED灯、按键等外部设备的驱动程序以及调试代码,在开发板上对所设计的硬件系统所有外围部件以及整体硬件系统进行了调试。   最后,移植H.264编码算法到NiosⅡEclipse,使用C语言编写相应软硬件接口代码,将编码算法与硬件系统整合在一个系统当中,结合开发板进行软硬件协同调试,最终使用解码软件验证了编码结果。   验证结果表明,本文所设计的基于SOPC的H.264视频编码器方案切实可行,虽然编码速度较慢,但在成本、功耗、扩展性等方面仍具有独特的优势和良好的提升空间。
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