基于FPGA的MPEG2視頻硬件解碼器的實(shí)現(xiàn)教材

碩士學(xué)位論文答辯

基于FPGA的MPEG2視頻硬件解碼器的實(shí)現(xiàn)

姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：集成電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：2內(nèi)容提綱課題背景與意義MPEG2視頻編解碼原理解碼器架構(gòu)與模塊分析仿真與效果總結(jié)展望3背景及意義

MPEG2壓縮編碼技術(shù)是多媒體計(jì)算機(jī)、多媒體通信、常規(guī)電視數(shù)字化、高清晰度電視（HDTV）以及交互式電視系統(tǒng)等的關(guān)鍵技術(shù)。

美國(guó)的ATSC、歐洲的DVB、日本的ISDB數(shù)字電視廣播系統(tǒng)都把MPEG2作為信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。而我國(guó)央視也將MPEG2作為數(shù)字高清的編解碼標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)目前主要的視頻解碼方式仍然是軟件，在硬件解碼上進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)是很必要的。4MPEG2視頻編解碼原理

壓縮原始視頻編碼解碼恢復(fù)視頻

編解碼過(guò)程即是壓縮與解壓縮的過(guò)程視頻文件5MPEG2視頻編解碼原理顏色空間轉(zhuǎn)換：RGBYCbCr壓縮方法：像素RGBYCbCrYCbCr差值編碼（運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償）方式1：圖1、圖2、圖3圖1’、圖2’、圖3’方式2：圖1、（圖2-圖1）、[圖3-（圖2-圖1）]圖1’、圖2’、圖3’表示為6時(shí)頻域轉(zhuǎn)換（離散余弦變換DCT）+量化MPEG2視頻編解碼原理xyuv很多0非0均勻分布DCT量化uv

0非0變長(zhǎng)編碼：

用較短的二進(jìn)制串表示經(jīng)常出現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)模式，用較長(zhǎng)的二進(jìn)制串表示不經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模式。

量化：用一個(gè)數(shù)代表一個(gè)范圍的數(shù)：0~10011~251526~10030…7差分運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼

變長(zhǎng)編碼編碼鏈解碼鏈原始視頻視頻文件DCT

量化差分運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償解碼

變長(zhǎng)解碼VLC恢復(fù)視頻視頻文件IDCT

反量化8

MPEG2視頻硬件解碼器構(gòu)架解碼鏈預(yù)測(cè)基準(zhǔn)值差值9解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[一]

數(shù)據(jù)提取(Head&VLC)模塊

圖像序列層

序列起始碼、圖像大小、量化矩陣…GOP0GOP1……圖1圖組起始碼、圖像編碼類型…圖組層

圖2

……<Head碼流層次>

<VLC表>

020000010000001000000014002000000001000000000110解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[一]

數(shù)據(jù)提取(Head&VLC)模塊

11解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[二]

反量化(InverseQuantization)模塊

反量化即將量化后的數(shù)據(jù)逆運(yùn)算回原來(lái)的數(shù)據(jù)，并且控制溢出和誤差非內(nèi)部塊內(nèi)部塊（飽和化）（誤配控制）12解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[二]

反量化(InverseQuantization)模塊

5級(jí)規(guī)范流水13解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[三]二維反離散余弦變換(IDCT)模塊

頻域到時(shí)域1>8X8二維IDCT表示為公式：

令一維IDCT：

2>

設(shè)：

可以將二維IDCT看作一維IDCT的串、并行運(yùn)算則根據(jù)Chen算法，可以得到：其中：14解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[三]二維反離散余弦變換(IDCT)模塊

頻域到時(shí)域

3>

根據(jù)Chen算法，需要設(shè)計(jì)的功能單元為即：微結(jié)構(gòu)15解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[三]二維反離散余弦變換(IDCT)一維運(yùn)算單元微結(jié)構(gòu)頻域到時(shí)域共消耗90T16解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[四]運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償實(shí)質(zhì)上是根據(jù)兩幅圖之間由運(yùn)動(dòng)向量所指的差值關(guān)系，根據(jù)參照?qǐng)D將目標(biāo)圖恢復(fù)。1234（加上解碼出來(lái)的差值）（線性插值處理：17X1716X16）參考圖被預(yù)測(cè)圖17解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[四]運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中插值舉例：18解碼鏈模塊分析與設(shè)計(jì)[四]運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償19仿真與效果仿真模型仿真波形20仿真與效果21總結(jié)展望詳細(xì)研究了MPEG2視頻部分的協(xié)議基于XilinxFPGA設(shè)計(jì)了MPEG2視頻硬件解碼器ModelSim、ISE、EDK、Synplify、Matl