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基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统设计研究

作　者: 李儆
导　师: 虞露
学　校: 浙江大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MPEG-4 编解码器芯片设计 FPGA 开发系统电路设计
分类号: TN79
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 566次
引　用: 6次
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内容摘要

MPEG-4是目前非常流行的视频压缩标准，基于MPEG-4的视频处理系统有两种体系结构：可编程结构和专用结构。可编程结构灵活，适用范围广，易于升级，但电路复杂，电路功耗大。专用视频编解码器结构硬件开销小，处理速度高。本文主要研究专用的MPEG-4视频编解码芯片设计方法。目前市场上MPEG-4视频编解码芯片主要是Simple Profile级别的，而我们设计的芯片要实现Advanced Simple Profile级别。本文采用了一种基于大规模FPGA的软硬件相结的芯片设计方案，我们设计了基于FPGA的MPEG-4芯片设计开发平台，完成算法的硬件仿真与测试。论文围绕基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统设计，分为两个部分。第一部分介绍了目前国内外实现MPEG-4视频处理系统的主要方法和应用，概述了国际上MPEG-4视频编解码芯片设计的一般方法及其发展趋势，详细描述了我们的基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统的结构。第二部分重点讲述了基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统各个电路模块的设计，包括电源模块、FPGA配置模块、时钟生成模块、视频输入／输出模块、RS232串口模块、以太网接口模块、USB接口模块等。同时也介绍了I~2C总线控制器的FPGA实现以及USB接口的实现。FPGA开发板作为高速电路板，论文中也讨论了高速电路板设计的一般规则。本文采用的基于大规模FPGA的芯片设计方法，大大缩短了芯片设计周期；开发系统采用子母板结构，既方便了调试，又节约了成本；利用两块FPGA来完成视频编解码的不同功能模块，增强了系统的灵活性；开发系统为视频和码流提供了多种可选的接口，提高了系统的灵活性和适应能力；同时开发系统采用了多种配置方式，可调时钟输入，增加测试点、指示灯和用户输入等等面向芯片设计的设计策略，为芯片调试与测试提供了方便。由于本文的MPEG-4视频编解码芯片开发系统是基于FPGA设计的，因此在满足实时性要求的同时，还具有性能良好的硬件结构和高度的可扩展性，易于修改，也适用于其他视频编解码芯片(比如H.264)的设计与开发。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
图表目录  7-9
第1章绪论  9-19
  第1节视频编码标准  9-13
    1.1.1 视频编码标准发展  9-12
    1.1.2 MPEG-4标准的主要特点与MPEG-4 ASP  12-13
  第2节芯片设计关键技术  13-17
    1.2.1 VLSI设计技术  13-15
    1.2.2 FPGA技术  15-17
  第3节本文研究的成果  17-19
第2章 MPEG-4视频系统设计研究  19-25
  第1节 MPEG-4芯片产品比较与发展趋势  19-22
    2.1.1 MPEG-4芯片产品比较  19-21
    2.1.2 MPEG-4芯片设计发展趋势  21-22
  第2节 MPEG-4视频系统实现  22-25
    2.2.1 可编程系统实现  22-23
    2.2.2 专用芯片系统实现  23-25
第3章 MPEG-4编解码芯片开发系统总体设计  25-31
  第1节 MPEG-4编解码芯片开发系统设计指标  25
  第2节 MPEG-4编解码芯片开发系统结构设计  25-29
    3.2.1 开发系统母板设计  26-28
    3.2.2 开发系统子板设计  28-29
  第3节 MPEG-4编解码芯片开发系统信号线定义  29-31
第4章 MPEG-4编解码芯片开发系统模块设计  31-63
  第1节电源电路设计  31-39
    4.1.1 母板FPGA电源设计  31-37
    4.1.2 子板电源设计  37-39
  第2节时钟和配置电路设计  39-42
    4.2.1 时钟电路设计  39-41
    4.2.2 配置电路设计  41-42
  第3节视频接口电路设计  42-44
    4.3.1 视频输入接口电路设计  42-44
    4.3.2 视频输出接口电路设计  44
  第4节以太网、串口RS232接口电路设计  44-46
    4.4.1 以太网接口电路设计  44-45
    4.4.2 串口RS232接口电路设计  45-46
  第5节 I~2C总线控制器实现  46-53
    4.5.1 I~2C总线协议  46-49
    4.5.2 I~2C总线控制器Master端的Verilog实现  49-53
  第6节 USB接口的实现  53-63
    4.6.1 USB总线协议  53-55
    4.6.2 USB接口的设计与实现  55-63
第5章高速PCB设计研究  63-68
  第1节 PCB布线  63-65
    5.1.1 电源、地线的处理  63-64
    5.1.2 数字电路与模拟电路的共地处理  64
    5.1.3 设计规则检查(DRC)  64-65
  第2节 PCB布局  65-66
    5.2.1 考虑整体美观  65
    5.2.2 布局的检查  65-66
  第3节 PROTEL在高速PCB布线中的技巧  66-68
第6章总结与展望  68-69
参考文献  69-72
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72
作者在攻读硕士学位期间所参加的科研工作  72-73
致谢  73

基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统设计研究

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