学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

MPEG-4/H.264中去块效应滤波子系统原型设计与实现

作　者: 覃春平
导　师: 梁齐
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 去块效应滤波器 FPGA MPEG-4 H.264
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 55次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

视频编码技术中,基于块编码方法在性能、复杂度、兼容性和市场需求等方面比其它编法方式具有较强的综合优势,因此在视频压缩领域得到广泛应用。但是,基于块的编码方法存在块效应问题——由于各变换块的单独量化以及运动补偿中插值运算引入的误差,导致视频误差。量化步长越大,块效应越明显,极大地影响图像的视觉质量和压缩效率。为了消除块效应,MPEG-4视频压缩标准引入后处理去块效应滤波器,利用解码时所得到的各种参数对解码后的视频进行平滑处理,以消除虚假边缘。在H.264视频压缩标准中,则引入环路滤波系统,把去块效应滤波器作为编解码器的重要组成部分,将滤波后的帧用于后续帧的运动补偿预测,从而避免了虚假边界积累误差导致的图像质量的进一步降低。本文研究了系统的硬件设计及FPGA实现,完成的主要工作包括以下几个方面:(1)设计MPEG-4/H.264去块效应滤波体系结构。用自顶向下的设计方法,把去块效应滤波系统电路具体划分为多个子模块,然后对这些子模块进行了详细的设计和说明,介绍了子模块的功能、内部硬件结构以及操作时序等。(2)研究提高去块效应滤波系统性能的方法。采用一种扩展每帧图像的左边和上边两个边界的方法,避免了去块效应滤波的不规律性,有效简化滤波控制系统的硬件实现;同时,还采用基于宏块流水解码与块内流水滤波的双流水滤波结构,有效提高解码速度;改进滤波顺序,实现数据读写与滤波计算并行执行,有效提高解码滤波的实时性能。(3)优化存储器资源。优化数据存储结构,采用数据宽度为8位的双端口可同时读写的存储器件,省却转置装置,有效节减少芯片面积;设计数据重用机制以减少数据吞吐量,有效节省硬件开销的同时提高滤波速度。(4)完成MPEG-4/H.264去块效应滤波原型设计。设计RTL代码,完成RTL仿真、门级仿真和FPGA硬件原型设计与验证,通过以太网将码流从PC端传到FPGA开发板,经过视频解码系统解码后在VGA显示器上进行显示。经过实际视频码流测试,MPEG-4后处理去块效应滤波系统可以达到MPEG-4简单类和高级类实时解码的技术要求,H.264去块效应滤波系统可以达到主要档次的技术要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-14
第一章绪论  14-20
  1.1 视频压缩技术的发展简介  14
  1.2 MPEG-4/H.264 视频压缩技术简介  14-15
    1.2.1 MPEG-4 视频压缩技术  14-15
    1.2.2 H.264 视频压缩技术  15
  1.3 去块效应滤波的必要性和可能性  15-18
  1.4 课题来源、背景、意义  18
  1.5 论文的工作与章节安排  18-20
第二章 MPEG-4 后处理去块效应滤波系统设计  20-36
  2.1 MPEG-4 后处理去块效应滤波系统概述  20-21
  2.2 MPEG-4 后处理去块效应滤波系统算法  21-26
    2.2.1 边界滤波条件eq_cnt 的计算  22
    2.2.2 静止模式滤波器  22-23
    2.2.3 平滑模式滤波器  23-25
    2.2.4 后处理滤波流程  25-26
  2.3 MPEG-4 后处理去块效应滤波系统的硬件设计  26-35
    2.3.1 解码器系统结构设计  26-28
    2.3.2 改进滤波顺序的设计  28-29
    2.3.3 改进存储结构的设计  29-31
    2.3.4 滤波器内部流水设计  31-32
    2.3.5 系统整体硬件结构设计  32-33
    2.3.6 滤波系统实现过程  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章 H.264 环路去块效应滤波系统设计  36-62
  3.1 H.264 环路去块效应滤波系统概述  36-37
  3.2 H.264 环路去块效应滤波系统算法  37-47
    3.2.1 亮度的依赖内容的边界滤波强度的计算  38-39
    3.2.2 每个块边缘门限的计算  39-42
    3.2.3 标准滤波器  42-45
    3.2.4 加强滤波器  45-46
    3.2.5 环路滤波流程  46-47
  3.3 H.264 环路去块效应滤波系统的硬件设计  47-60
    3.3.1 解码器系统结构设计  47-49
    3.3.2 基于流水线的优化设计  49-52
    3.3.3 优化滤波顺序  52-53
    3.3.4 参数缓冲模块的设计  53-54
    3.3.5 门限生成模块的设计  54-55
    3.3.6 边界强度计算模块的设计  55-56
    3.3.7 中间数据块转置存储单元的设计  56-57
    3.3.8 系统整体硬件结构设计  57-60
  3.4 本章小结  60-62
第四章 MPEG-4/H.264 去块效应滤波系统FPGA 实现与验证  62-75
  4.1 FPGA 硬件设计实现概述  62
  4.2 软件参考模型  62-63
  4.3 设计结构层次  63-64
  4.4 功能仿真  64-70
    4.4.1 MPEG-4 后处理去块效应滤波系统仿真结果  64-67
    4.4.2 H.264 环路去块效应滤波系统仿真结果  67-70
  4.5 FPGA 验证  70-73
    4.5.1 FPGA 验证平台  70
    4.5.2 MPEG-4 后处理去块效应滤波系统的FPGA 验证结果  70-72
    4.5.3 H.264 环路去块效应滤波系统的FPGA 验证结果  72-73
  4.6 性能分析  73-74
  4.7 本章小结  74-75
第五章总结与展望  75-76
  5.1 总结  75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-82

相似论文

基于FPGA的电磁超声检测系统的研究,TH878.2
基于FPGA的五相PMSM驱动控制系统的研究,TM341
LXI任意波形发生器研制,TM935
基于FPGA的射频功放数字预失真器设计,TN722.75
突发OFDM系统同步与信道估计算法及FPGA实现,TN919.3
直扩系统抗多径性能分析及补偿方法研究,TN914.42
基于率失真优化的码率控制算法研究,TN919.81
电视制导系统中视频图像压缩优化设计及实现研究,TN919.81
基于FPGA的多用户扩频码捕获研究及硬件仿真,TN914.42
基于FPGA的数字图像处理基本算法研究与实现,TP391.41
基于FPGA的高速图像预处理技术的研究,TP391.41
远程医疗系统图像压缩及传输关键技术研究,R318.0
温压炸药爆炸温度场存储测试技术研究,TQ560.7
面向无线视频传输的H.264错误隐藏技术研究,TN919.81
基于P2P流媒体系统的设计与实现,TN919.8
基于H.264的解码器端错误遮蔽方法研究,TN919.81
H.264并行视频转码算法研究,TN919.81
基于多核计算平台的视频压缩算法研究,TN919.81
H.264/AVC帧内预测模式选择算法研究,TN919.81
基于一阶矩的DFT的FPGA实现,TN911.72
基于FFmpeg的H.264解码器在Symbian上的移植和优化,TN919.81