基于FPGA的視頻編解碼關(guān)鍵算法研究與設(shè)計.pdf

1、H.264/AVC作為一種成熟的視頻壓縮編碼標準現(xiàn)已廣泛應用于視頻監(jiān)控、數(shù)字電視、高清攝像等領(lǐng)域。H.264/AVC具有很高的壓縮率和良好的網(wǎng)絡親和性，但在獲得高壓縮率的同時計算復雜度進一步增加。H.264/AVC標準的計算復雜度為前一代視頻編碼標準H.263的2.5倍，這將更加考驗處理器的計算能力。新一代視頻編碼標準H.265/HEVC與H.264/AVC相比具有更高的壓縮率，需要極強的計算能力才能完成視頻的實時編解碼。鑒于FPGA處

2、理速度快、可并行處理、可靈活調(diào)取IP核等特點，本文基于FPGA對H.264/AVC解碼器和H.265/HEVC編碼器中的關(guān)鍵算法進行了研究與設(shè)計。
　　本文對H.264/AVC標準的原理進行說明，重點對H.264/AVC解碼端的幀內(nèi)預測算法、IQIT算法和去方塊濾波算法進行分析。對H.264/AVC幀內(nèi)預測算法加以優(yōu)化，采用自適應的流水線進行處理，利用4路并行的PE在1個周期內(nèi)計算出1列4像素的預測值;為IQIT算法設(shè)計一種可重配

3、的IDCT運算單元和反量化運算單元;為去方塊濾波算法提出了一種改進的濾波順序，極大增強了濾波時的數(shù)據(jù)復用，采用流水線的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了去方塊濾波的運算過程。通過提取官方編碼模型JM中的關(guān)鍵變量，與設(shè)計的H.264/AVC幀內(nèi)預測算法、IQIT算法及去方塊濾波算法硬件的RTL仿真結(jié)果進行比對驗證，證明了算法硬件設(shè)計的正確性。基于Altera公司EP4CE115F29C7開發(fā)平臺實現(xiàn)了硬件電路設(shè)計，結(jié)果表明幀內(nèi)預測硬件電路、IQIT硬件電路、去方

4、塊濾波硬件電路所支持的分辨率及幀率分別為1920×1080@42fps、1920×1080@60fps、1920×1080@60fps，獲得了很好的實時性能。
　　介紹了H.265/HEVC的編碼框架，對幀內(nèi)預測算法進行詳細分析。采用64路并行PE配合控制單元及像素存取完成LCU塊幀內(nèi)預測的模式選擇。按從小塊到大塊的順序進行全模式遍歷，避免了不同大小塊給硬件設(shè)計帶來的困難。采用16路并行處理的方式在1個周期內(nèi)得到1個4×4塊的預測