海洋监测终端中基于FPGA的视频采集与H.264编码关键技术实现

发布时间：2017-04-24 09:14

  本文关键词：海洋监测终端中基于FPGA的视频采集与H.264编码关键技术实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着视频编解码技术和集成电路设计技术的不断发展,视频编解码标准的产业化,特别是硬件实现技术将逐渐走向成熟,并且成为新的经济增长点。基于H.264/AVC、H.265/HEVC和AVS关键技术的硬件设计和实现工作具有非常重要的理论和实际意义。本文首先对H.264/AVC编码器以及视频采集技术进行研究,重点对整数变换、量化和帧内预测三个关键模块进行了详细的理论分析;接着设计了变化量化及其残差重构模块和帧内预测模块的硬件流水结构;最后使用Verilog HDL语言进行硬件电路设计,在Model Sim10.2仿真软件上进行功能仿真验证,选择在Xilinx公司Kintex-7系列的FPGA芯片上使用Vivado综合工具完成对各个模块的综合实现,并且给出相应模块仿真结果和资源消耗情况。本项目还对H.265/HEVC整数变换和帧内预测计算模块进行深入研究,完成了各模块的结构设计和FPGA实现。与一般的H.265/HEVC的N*N尺寸DCT/IDCT模块一个周期处理N个像素点不同,本设计的DCT/IDCT在4*4、8*8、16*16、32*32尺寸块中一个周期分别处理16、8、8、8个像素点;并且简化DCT/IDCT算法,采用无乘法器的设计方法降低资源开销。综合实现结果表明:本设计的H.265/HEVC整数DCT和IDCT模块的时序满足主频250MHz下并行处理40个像素点的要求,处理能力可达到10Gpixel/s;其中,DCT模块消耗18638个LUT,IDCT模块消耗31656个LUT,占用xc7k410tfbg900-2芯片LUT资源的19.79%,可满足1080P视频60fps实时编码方案的需求。
【关键词】：H.264/AVC 整数变换 量化 帧内预测 FPGA H.265/HEVC
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 课题的研究背景10
• 1.2 视频压缩编码标准的发展10-11
• 1.3 视频压缩编码技术的发展11-12
• 1.4 视频编码硬件发展现状12
• 1.5 视频编码硬件开发流程12-14
• 1.6 开发工具与平台介绍14-15
• 1.6.1 Kintex-7 系列FPGA简介15
• 1.6.2 Xilinx Vivado开发工具15
• 1.7 论文的主要研究内容与结构15-17
• 1.7.1 论文的主要研究内容15-16
• 1.7.2 论文结构16-17
• 第2章 视频编码关键技术分析17-44
• 2.1 H.264 视频压缩编码的基本概念17-26
• 2.1.1 视频数据的编码结构18-22
• 2.1.2 预测编码22-24
• 2.1.3 变换编码24
• 2.1.4 量化编码24-25
• 2.1.5 熵编码25-26
• 2.2 H.264 视频编码关键技术分析26-43
• 2.2.1 视频采集技术26
• 2.2.2 变换编码技术26-29
• 2.2.3 量化技术29-31
• 2.2.4 模式选择与率失真优化技术31-32
• 2.2.5 多模式帧内预测技术32-36
• 2.2.6 帧间预测技术36-40
• 2.2.7 自适应去块效应滤波技术40-41
• 2.2.8 混合熵编码技术41-43
• 2.3 本章小结43-44
• 第3章 变换量化模块的FPGA结构设计与实现44-69
• 3.1 H.264 变换量化与其重构模块设计与实现44-51
• 3.1.1 正反变换模块设计45-47
• 3.1.2 正反变换模块仿真与实现47-49
• 3.1.3 正反量化模块设计49-50
• 3.1.4 正反量化模块仿真与实现50-51
• 3.2 H.265 正反变换模块设计与实现51-67
• 3.2.1 正变换模块设计53-60
• 3.2.2 正变换模块仿真与实现60-62
• 3.2.3 反变换模块设计62-65
• 3.2.4 反变换模块仿真与实现65-67
• 3.3 本章小结67-69
• 第4章 帧内预测模块的FPGA结构设计69-84
• 4.1 H.264 帧内预测模块设计69-72
• 4.1.1 色度分量的帧内预测模块设计70-72
• 4.1.2 亮度分量的帧内预测模块设计72
• 4.2 H.265 帧内预测子模块的FPGA结构设计与实现72-82
• 4.2.1 帧内预测子模块设计75-81
• 4.2.2 帧内预测子模块仿真与实现81-82
• 4.3 本章小结82-84
• 第5章 结束语84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-89
• 在学期间发表的学术论文89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 普建龙;吴景东;;HEVC标准中整数变换的FPGA实现[J];电视技术;2014年19期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 钟明光;H.264编码器的研究及其部分算法的FPGA实现[D];西安电子科技大学;2013年

2 李幸原;基于FPGA的H.264视频压缩编码SOPC设计[D];北京工业大学;2013年

3 朱传传;基于FPGA的H.264编码器设计与验证[D];西安电子科技大学;2014年

  本文关键词：海洋监测终端中基于FPGA的视频采集与H.264编码关键技术实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：323941