MPEG-2到AVS转码器中运动搜索与整数变换量化的FPGA实现

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近年来,随着数字通信技术的快速发展,对多媒体视频图像信息的处理要求也越来越高。视频图像信息数据量大,对通信设备和信息存储设备要求很高。为了处理视频图像,MPEG-2、MPEG-4、H.264等视频编解码标准相继颁布,我国也在2006年出台了具有自主知识产权的AVS标准。MPEG-2标准作为第一代视频压缩标准,在数字广播电视领域得到广泛应用,有丰富的节目资源。H.264标准和AVS标准都是第二代视频编解码标准,编码效率为MPEG-2的2到3倍。虽然AVS标准起源于H.264标准,但是AVS标准采用了许多新技术,有效避开了H.264的专利问题。同H.264相比,AVS标准在实现同等视频压缩性能的情况下,实现复杂度明显降低。在我国的大力的推动下,AVS标准的应用前景广阔。目前AVS标准由于颁布时间短,存在节目资源少的问题,若能将广泛存在的MPEG-2节目源转换为AVS节目源,将对AVS标准的推广起到促进作用。如果采用软件实现视频标准的编解码器或者转码器,在实时性上难以保证,FPGA内部模块并行工作,可以很好的解决实时性问题,同时FPGA在大规模生产上具有成本较低的优点。本文对MPEG-2标准和AVS标准进行深入研究,对比两种标准的差异,提出一种转码策略,在传统的像素域级联转码器的基础上,采用了一种改进的快速像素域级联转码结构实现转码,同时对部分模块进行了硬件设计实现。本设计采用Verilog编程语言进行设计,Modelsim进行仿真,ISE开发环境进行综合,整个转码系统和本文设计的子模块都在XILINX的virtex-5系列芯片上进行了验证。实验表明,该设计支持格式为1920×1088,30fps的高清视频实时转码。在本课题的研究与实现过程中,所做的具体工作有以下几个方面:(1)对MPEG-2标准和AVS标准进行深入研究,介绍两种标准采用的关键技术,并对比两种标准的差异。(2)根据MPEG-2和AVS标准的差异,对转码器的结构进行整体设计,同时设计了整个转码器实现过程中MPEG-2信息复用的方案。(3)在转码端复用MPEG-2的宏块信息,对宏块进行运动搜索,设计并实现了运动搜索和运动矢量预测两个模块。(4)在AVS编码端,对AVS整数变换、量化、反量化、整数反变换及扫描等模块进行整体设计,以宏块为单位,进行流水处理,并对各个子模块进行了仿真验证。
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