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基于FPGA的H.264编码存储控制

作　者: 屈桢凯
导　师: 秦浩
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: FPGA H.264 多端口访问控制器 适配器
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
引　用: 0次
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内容摘要


H.264作为当前主流的视频编码标准,以其较高的压缩效率得到广泛的应用。FPGA具有高速的并行处理能力、丰富的逻辑资源,使用FPGA实现H.264编码系统具有重要意义。本文在分析H.264视频编码标准的基础上,给出了H.264编码器的FPGA存储设计方案,即采用多端口访问控制器和针对不同编码模块的数据适配器相结合的架构；并详细讨论了多端口访问控制器、去方块滤波输出适配器和运动估计参考数据输入适配器的FPGA设计与实现。多端口访问控制器是整个存储控制的核心,负责将来自多个模块的并发读写请求转换为DDR上的串行读写请求,它主要实现三方面的功能：访问冲突的化解、访问通道优先级的设定及特殊数据通道的实现。对于冲突化解,采用带有优先级的请求队列；对于通道优先级的设定,采用内部初始化设定与外界控制更新相结合的方式；在特殊数据通道的实现上,根据访问模块的具体要求,控制DDR的数据掩码,从而达到对特殊长度数据的写入。去方块滤波输出适配器在设计上采用乒乓缓存寄存器与发送ram缓存相结合的架构,保证在多端口控制器忙碌的情况下,适配器能够正确处理滤波输出的数据。运动估计参考数据输入适配器的设计上,根据运动估计参考数据的更新特点,设计出一套合理的参考数据存储地址产生机制,根据当前运动估计宏块的位置信息,计算出参考数据对应的DDR地址；并将参考数据按照要求的位宽发送给运动估计模块。在xc6vlx240t硬件平台下的综合结果表明,多端口控制器消耗7235个片内寄存器、6161个LUTs,最高工作频率为269MHz。去方块滤波适配器消耗5593个片内寄存器、20599个LUTs和4个Block RAM,最高工作频率为195MHz,在没有访问冲突的情况下,耗费11个时钟周期就完成一个宏块的亮度数据存储。运动估计参考数据输入适配器消耗472个片内存储器、506个LUTs及8个Block RAM,最高工作频率可达到275MHz,在没有访问冲突的情况下,读取一个宏块所需参考宏块(3个宏块的亮度及色度数据)花费72个时钟周期。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 引言  7
  1.2 视频编码标准发展概况  7-10
  1.3 FPGA技术发展  10-12
  1.4 论文主要内容及章节安排  12-15
第二章 基于Xilinx MIG核的DDR多端口控制器设计  15-33
  2.1 DDR存储器简介  15-17
  2.2 MIG核的配置及使用  17-21
    2.2.1 MIG核的配置  18
    2.2.2 基于MIG核的DDR控制器的应用  18-21
  2.3 多端口控制器的设计与实现  21-27
    2.3.1 多端口访问控制器设计分析  22-23
    2.3.2 多端口控制器的FPGA实现  23-27
  2.4 多端口控制器的仿真验证与分析  27-31
  2.5 本章小结  31-33
第三章 去方块滤波输出适配模块设计实现  33-47
  3.1 H.264去方块滤波原理、算法概述  33-35
    3.1.1 去方块滤波基本原理  33
    3.1.2 去方块滤波算法简介  33-35
  3.2 去方块滤波模块设计简介  35-36
  3.3 去方块滤波输出适配模块设计  36-44
    3.3.1 去方块滤波模块输出数据特性分析  36-38
    3.3.2 数据存储方式分析  38-40
    3.3.3 去方块滤波输出适配模块FPGA设计实现  40-44
  3.4 去方块滤波输出适配模块仿真验证与分析  44-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章 运动估计参考数据输入适配模块设计实现  47-61
  4.1 运动估计基本原理及相关算法  47-50
    4.1.1 运动估计基本原理  47-48
    4.1.2 运动估计匹配准则  48-49
    4.1.3 运动估计搜索算法  49-50
  4.2 运动估计模块设计简介  50-52
  4.3 运动估计参考数据输入适配模块设计  52-57
    4.3.1 整像素运动估计参考数据输入特点分析  52-54
    4.3.2 运动估计适配模块输出设计分析  54
    4.3.3 运动估计适配模块FPGA设计实现  54-57
  4.4 运动估计输入适配模块仿真验证与分析  57-59
  4.5 本章小结  59-61
第五章 全文总结与展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 图像通信、多媒体通信 > 图像编码
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