视频编码系统的软硬件协同设计与实现

发布时间：2017-11-13 00:31

  本文关键词：视频编码系统的软硬件协同设计与实现

  更多相关文章： 软硬件协同 帧内编码 H.264 FPGA

【摘要】：实时视频处理在视频通话、视频现场直播等领域有着广泛的应用,而视频压缩是视频处理中重要的一环。视频压缩技术用于平衡视频压缩率和视频质量之间的矛盾。随着视频压缩技术的进步,在保证相同视频质量的前提下,只需要更少的比特率。但是,视频压缩的计算复杂度不断增加,使传统计算机越来越难以完成实时编解码的要求,因而出现了基于专用芯片、基于DSP和基于FPGA的解决方案。由于FPGA技术在集成度,低功耗,并行化和高速方面的快速进步,为软硬件协同应用系统提供了高性能的实现平台。FPGA的两个主要品牌Xilinx和Altera先后分别推出了基于ARM的SoC FPGA芯片,这类芯片内部集成了ARM硬核处理器和可编程逻辑,它们之间通过互联结构通信。ARM-FPGA结构的芯片既能够获得FPGA在图像处理方面的计算优势,又能够充分利用ARM处理器提供的外围设备。本文使用软硬件协同设计的思想,在基于Altera Cyclone V FPGA SoC芯片的DE1SoC FPGA平台上,采用ARM硬核控制及FPGA算法硬件化,设计并实现视频编码系统,使集成电路的工艺和电路系统的进步变为实际应用系统的性能提升。论文测试开源编码器在双核ARM Cortex-A9@800MHz的编码性能,结合测试结果和对实现复杂度的分析,制定整个系统的软硬件划分方案。在分析H.264编码器结构的基础上,详细研究了帧内编码环路中各个功能模块的基本原理,设计并测试了具有3种预测模式的亮度4x4帧内预测模块、具有3种预测模式的色度8x8帧内预测模块、4x4变换模块、2x2 DC变换模块、量化模块,并最终实现整个帧内编码器。论文基于DE1SoC FPGA开发平台,在FPGA端实现视频采集、视频编码和采集图像预览的功能。在ARM端,基于JRTP库实现了编码发送的功能,设计的软件控制FPGA中各IP核执行、封装并发送码流。在PC机上,基于Qt和FFMPEG库,实现接收解码端,完成接收并组合RTP包、解码和实时显示图片的功能。在DE1SoC FPGA开发平台上,实际的运行结果显示,视频系统的编码速率为720P@20帧/s,并且得到的重建图片质量比较好。论文为视频编码系统的软硬件协同设计及实现积累了开发经验,建立了视频编码系统运行的软硬件平台,为后面开展软硬件协同设计的工作打下基础,有一定的实际意义。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.81

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本文编号：1178341