基于FPGA的H.264解码器研究与设计实现
[Abstract]:With the rapid development of digital video technology and computer communication technology, video communication has become the focus of research. When the video signal is stored and transmitted, the selection of video codec algorithm is very important. With the improvement of video signal resolution, the real-time performance of video decoding is also very high. Therefore, the design of H.264 real-time decoder is very important, in order to achieve this goal. Select FPGA to complete the design and implementation of the video image decoder. First, this paper describes the development of video coding and decoding standards and H.264 decoding process. Based on the in-depth analysis of H.264 decoding process, the decoder is divided into entropy decoder, transform coefficient decoder, predictive data decoder and block filter. Secondly, the design and optimization of entropy decoder is emphasized, and a two-amplitude entropy decoding architecture based on prediction structure is proposed. In addition, the former detector with high frequency in entropy decoder is optimized, and an implementation structure of non-equilibrium priority former detector is proposed. The experimental results show that the two-amplitude entropy decoder can reduce the operation time by 26% compared with the traditional implementation method. Then, the design and implementation of transform coefficient decoder, predictor and block filter are completed respectively. The transform coefficient decoder is designed with a reconfigurable structure. The predictor is composed of intra-frame prediction and inter-frame prediction, and five-stage pipelining is used for block filter implementation. Then, a bit stream buffer is designed to reduce the frequency of the decoder reading data from the external memory. In addition, the complex state machine is decomposed into sub-state machine for syntax element parsing. A bit stream decomposition state machine is designed, which not only simplifies the design process but also reduces the power consumption of the decoder by 34%. Finally, the integrated simulation of decoder is carried out on the platform of XC500VFX200t using the integrated tool of ISE13.2. The decoder needs about 5% register resource and 21% lookup table resource in FPGA. The maximum dynamic power consumption is 157 MW, the data throughput rate is 960 K, and the highest running frequency is 216 MHz. The whole decoder is analyzed under the working condition of 50MHz. The results show that it takes 577 clock cycles to decode a macro block. For H.264Baseline-level video data in 4CIF (704*576@30fps) format, real-time decoding can be accomplished only at 27.4MHz frequency. The comprehensive analysis results show that this design can fully meet the real-time decoding requirements of H.264Baseline.
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN919.81;TN791
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,本文编号:2449198
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