1、碩士學(xué)位論文答辯基于FPGA的MPEG2視頻硬件解碼器的實現(xiàn),姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：集成電路設(shè)計 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)。而我國央視也將MPEG2作為數(shù)字高清的編解碼標(biāo)準(zhǔn)。 國內(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)行研究與開發(fā)是很必要的。,4,MPEG2視頻編

2、解碼原理,壓縮,原始視頻,編碼,解碼,恢復(fù)視頻,編解碼過程即是壓縮與解壓縮的過程,視頻 文件,5,MPEG2視頻編解碼原理,顏色空間轉(zhuǎn)換 ：RGB YCbCr,壓縮方法：,像素,R,G,B,Y Cb Cr,Y,Cb Cr,差值編碼（運(yùn)動補(bǔ)償）,表示為,6,MPEG2視頻編解碼原理,x,y,u,v,很多0,非0,均勻分布,DCT,量化,u,v,0,非0,變長編碼： 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： 用一個數(shù)代表一個范圍的數(shù)： 010 0 1125 15 26100 30 ,7,差分運(yùn)動補(bǔ)償編碼,變長編碼,編碼鏈 解碼鏈,原始視頻,視頻

3、 文件,DCT,量化,差分運(yùn)動補(bǔ)償解碼,變長解碼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)測基準(zhǔn)值,差值,9,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,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,GOP0,GOP1,圖1,圖組起始碼、圖像編碼類型,圖組層,圖2,02,000001,0000001,00000001,4,002,000000001,0000000001,10,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,一 數(shù)據(jù)提取(Head&VLC)模塊,11,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,二 反量化(Inverse Quantization)模塊,反量化即

4、將量化后的數(shù)據(jù)逆運(yùn)算回原來的數(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,二 反量化(Inverse Quantization)模塊,5級規(guī)范流水,13,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,三 二維反離散余弦變換(IDCT)模塊 頻域到時域,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,三 二維反離散余弦變換(IDCT)模塊 頻域到時域,3 根據(jù) Chen 算法，需要設(shè)計的功能單元為,即：,微結(jié)構(gòu),15,解碼鏈模塊分析與設(shè)

5、計,三 二維反離散余弦變換(IDCT) 一維運(yùn)算單元微結(jié)構(gòu) 頻域到時域,共消耗90T,16,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,四 運(yùn)動補(bǔ)償,運(yùn)動補(bǔ)償實質(zhì)上是根據(jù)兩幅圖之間由運(yùn)動向量所指的差值關(guān)系，根據(jù)參照圖將目標(biāo)圖恢復(fù)。,1,2,3,4,（加上解碼出來的差值）,（線性插值處理： 17X1716X16）,參考圖,被預(yù)測圖,17,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,四 運(yùn)動補(bǔ)償,運(yùn)動補(bǔ)償中插值舉例：,18,解碼鏈模塊分析與設(shè)計,四 運(yùn)動補(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Xilinx FPGA設(shè)計了MPEG2視頻硬件解碼器 ModelSim、ISE、EDK、Synplify、Matlab等 整個設(shè)計