MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標準,基于MPEG-4的視頻處理系統有兩種體系結構:可編程結構和專用結構.可編程結構靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結構硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設計的芯片要實現Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規模FPGA的軟硬件相結的芯片設計方案,我們設計了基于FPGA的MPEG-4芯片設計開發平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統設計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內外實現MPEG-4視頻處理系統的主要方法和應用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設計的一般方法及其發展趨勢,詳細描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發系統的結構.第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統各個電路模塊的設計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I
上傳時間： 2013-06-15
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ISO和ITU-T制定的一系列視頻編碼國際標準的推出，開創了視頻通信和存儲應用的新紀元。從H.261視頻編碼建議，到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一個共同的不斷追求的目標，即在盡可能低的碼率(或存儲容量)下獲得盡可能好的圖像質量。 本課題的研究建立在目前主流的壓縮算法的基礎上，綜合出各種標準中實現途徑的共性和優勢，將算法的主體移植于FPGA(FieldProgrammableGateArray)平臺上。憑借該種類嵌入式系統配置靈活、資源豐富的特點，建立一個可重構的內核處理模塊。進一步的完善算法(運算速度、精度)和外圍系統后，就可作為專用視頻壓縮編碼器進行門級電路設計的原型，構建一個片上可編程的獨立系統。 編碼器設計有良好的應用前景，通過使用離散余弦變換和熵編碼，對運動圖像從空間上進行壓縮編碼，使得編碼后的數據流適合于傳輸、通信、存儲和編輯等方面的要求。同時，系統的設計將解碼的工作量大幅度降低，功能模塊在作適當的改動后可為解碼器的參考設計使用。 研究所涉及的各功能模塊都進行了系統性的仿真和綜合，滿足工程樣機的前期研發需要。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著通信技術和計算機技術的發展，多媒體的應用與服務越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術也隨之成為非常重要的研究領域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關鍵技術。由于視頻編碼系統的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設計。 本文的目的是在FPGA芯片上設計實現一種更優的易于硬件實現的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術指標，介紹了運動估計技術在MPEG-4中的應用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎上討論了一種性能和硬件實現難易度綜合指數較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現的VLSI結構進行了改進，設計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現結構，并在對其理論分析之后，對實現該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設計、實現與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結果可知本文設計的各功能模塊工作正常，并且能夠協同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現結構具備先進性和實時可實現性。
上傳時間： 2013-05-27
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視頻監控系統是一門集計算機技術、通信技術和數字視頻技術于一體的綜合系統。目前視頻監控正向著數字化、網絡化的方向發展。實現基于網絡的視頻監控系統的關鍵是一種嵌入式設備，它應該能夠采集壓縮視頻數據并通過網絡進行傳輸。 本文介紹了一種基于嵌入式Linux的網絡視頻監控系統的設計和實現方法。首先從整體上分析了網絡視頻監控系統的總體設計方案，給出了視頻服務器的硬件框架和軟件體系，并重點討論了在ARM處理器上實現MPEG-4壓縮編碼的方法。其次在ARM硬件平臺成功構建了armlinux嵌入式系統：包括引導程序Bootloader的設計、修改配置linux內核以及制作JFFS2文件系統。其中創新地提出了從nandflash啟動U-BOOT具體設計方法。為了完成系統進一步的視頻采集工作，系統實現了USB數碼攝像頭的驅動。在應用程序開發過程中，首先設計了基于Vide04Linux的視頻采集程序，并采用mmap(內存映射)方式截取圖片。其次重點分析了MPEG-4編碼模型XVID程序中的運動估計部分，并研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點數提高了運算速度。最后利用開源JRTPLIB庫實現視頻數據流的RTP傳送。 整個設計都是在深圳旋極公司研制的SUPER-ARM硬件平臺上進行的，linux內核采用2.4.18。其中MPEG-4編碼優化測試是在ARM DeveloperSuite(ADS)version 1.2中完成。 本課題為在ARM平臺實現網絡視頻監控的設計做了有益的探索性嘗試，對今后進一步完成遠程嵌入式視頻監控系統的設計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-07-21
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隨著嵌入式系統以及流媒體技術的快速發展，基于嵌入式系統實現可視電話、視頻點播、視頻會議等功能已經成為當前的熱點研究領域。這樣的系統通常具有小型化、低功耗、低成本、穩定可靠、便于攜帶等特點。 本文旨在研究流媒體以及嵌入式系統的相關技術，基于ARM9處理器平臺實現一種基于嵌入式系統的流媒體播放器。該播放器的硬件平臺以32位高性能ARM9處理器為核心進行規劃，在此基礎上，采用嵌入式Linux操作系統、MPEG-4視頻解碼技術和流媒體網絡傳輸技術進行設計。 本文的主要貢獻體現在以下六個方面： l、分析嵌入式流媒體播放器的功能需求和技術特點，對嵌入式流媒體播放器的總體實現方案進行設計。 2、研究嵌入式Linux系統設計方法，基于ARM處理器平臺構建嵌入式Linux操作系統。這部分的工作包括嵌入式BootLoader的移植、Linux內核的配置與編譯以及根文件系統的創建。 3、研究MPEG-4視頻壓縮標準，基于ARM-Linux系統平臺移植MPEG-4視頻解碼器。 4、研究ARM體系結構以及基于ARM平臺的嵌入式軟件優化方法，對所移植的MPEG-4視頻解碼器進行平臺相關優化。 5、研究視頻通信中的錯誤隱藏技術，針對錯誤隱藏過程中傳統邊界匹配算法對邊緣匹配的局限性，提出了一種改進的基于時域與空域平滑性的邊界匹配算法。 6、研究流媒體網絡傳輸的相關技術協議，基于RTSP/RTP/RTCP協議實現了一個基本的MPEG-4視頻流實時傳輸系統。
上傳時間： 2013-05-16
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H.264/AVC是國際電信聯盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優化設計，這些優化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-04
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LDPC碼以其接近Shannon極限的優異性能在編碼界引起了轟動，成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術的發展，目前，LDPC碼已經被多個通信系統定為信道編碼方案，并被應用到第二代數字視頻廣播衛星(DVB—S2)通信系統中。由于LDPC碼譯碼過程中所涉及的數據量龐大，譯碼時序控制復雜，如何實現LDPC碼譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現LDPC碼譯碼器為研究目標，主要對譯碼算法選擇、譯碼數據量化、定點數據表示方式、譯碼算法關鍵運算單元的FPGA設計和譯碼的時序控制進行了深入研究。首先分析了LDPC碼的基本譯碼原理和常用譯碼算法。然后重點分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和歸一化最小和算法，并對四種譯碼算法的糾錯性能和譯碼復雜度進行比較論證，選出適合硬件實現的譯碼方案。結合通信系統，對譯碼算法進行仿真分析，確定了譯碼算法的各個參數值和譯碼量化方案。 在系統仿真分析論證的基礎之上，以歸一化最小和譯碼算法為理論方案，利用硬件描述語言編寫譯碼功能模塊，并基于FPGA實現了固定譯碼長度的LDPC碼譯碼器，利用MATLAB和Modelsim分別對譯碼器進行了功能驗證和時序驗證，最后模擬通信系統完成了譯碼器的硬件測試。
上傳時間： 2013-04-24
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數字電視地面傳輸標準、歐洲第二代衛星數字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現高吞吐量的LDPC碼收發端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現的。在此基礎上，為了實現可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規則碼的結構，便于硬件實現；（偽）隨機生成的循環移位系數能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，Forward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數大致相同。 這種碼字構造和編碼聯合設計方案具有以下優勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現高吞吐量LDPC碼收發端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規則、自適應、信源信道及調制聯合編碼方向發展。跨層聯合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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H.264/AVC是ITU與ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission國際標準化組織/國際電工委員會)聯合推出的活動圖像編碼標準。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。基于上下文的自適應二進制算術編碼(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的兩個熵編碼方案之一，相對于另一熵編碼方案-CAVLC(基于上下文的自適應可變長編碼)，CABAC具有更高的數據壓縮率：在同等編碼質量下要比CAVLC提高10％～15％的壓縮率。CABAC能實現很高的數據壓縮率，但這是以增加實現的復雜性為代價的。在已有的硬件實現方法上，CABAC的解碼效率并不高。 論文在深入研究CABAC解碼算法及其實現流程，并在仔細分析了H.264/AVC碼流結構的基礎上，總結出了影響CABAC解碼效率的各個環節，并以此為出發點，對CABAC解碼所需中的各個功能模塊進行了優化設計，設計出一種新的CABAC解碼器結構，相對于一般的CABAC解碼器，它的解碼效率得到了顯著提高。論文針對影響CABAC解碼過程的"瓶頸"問題一多次訪問存儲部件影響解碼速率，提出了新的存儲組織方式，并根據CABAC的碼流結構特性，采用4個子解碼器級聯的方式來進一步提高解碼速率。 最后，用Verilog語言對所設計的CABAC解碼器進行了描述，用EDA軟件對其進行了仿真，并在FPGA上驗證了其功能，結果顯示，該CABAC解碼器結構顯著提高了解碼效率，能夠滿足高檔次實時通訊的要求。
上傳時間： 2013-07-03
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糾錯碼技術是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯碼，在線性分組碼中，它具有最強的糾錯能力，既能糾正隨機錯誤，也能糾正突發錯誤，在深空通信、移動通信、磁盤陣列、光存儲及數字視頻廣播(DVB)等系統中具有廣泛的應用。 DVD是一種高容量的存儲媒質。DVD技術的應用很廣泛，在數字技術中占有重要地位。DVD系統中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進行糾錯，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發階段具有安全、方便、可隨時修改設計等不可替代的優點，在電子系統中采用FPGA可以極大的提升硬件系統設計的靈活性，可靠性，同時提高硬件開發的速度和降低系統的成本。FPGA的固有優點使其得到越來越廣泛的應用，FPGA設計技術也被越來越多的設計人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實現方案，詳細分析了譯碼器的ME算法和改進BM算法的實現，針對ME算法提出了一種流水線結構的糾刪糾錯RS譯碼器實現方案，在譯碼器復雜度和延時上作了折衷，降低了譯碼器的復雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對編譯碼電路進行優化。這些技術的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設計并成功實現了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時間： 2013-07-20
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