基于FPGA的MPEG-4纹理解码器研究

摘要

信息技术和计算机互联网飞速发展，多媒体信息成为人们获取信息的最主要载体。作为现在最重要、最有影响的多媒体数据压缩编码国际标准之一，MPEG-4实现了从基于像素的传统编码向基于对象和内容的现代编码的转变。而基于对象的编码思想使MPEG-4具有高压缩比、可扩展性和交互性等许多优点。FPGA作为当今数字系统设计的主要硬件平台，它完全由用户通过软件进行配置和编程来完成某种特定的功能，可以反复擦写。在修改和升级时，只需在计算机上更新程序，缩短了系统设计的周期，提高了设计的灵活性并降低了成本。本论文中各个模块均以FPGA为平台进行设计。
　　 本论文在对MPEG-4纹理解码中的几种关键技术的充分理解和算法分析的基础上，结合FPGA的灵活性，采用Verilog语言对几种关键技术在应用层面上进行结构设计并仿真验证。
　　 在针对MPEG-4解码器的实践中，本论文将重点放在纹理解码部分的可变长解码(VLD)和逆离散余弦变换(IDCT)的设计与实现上。针对VLD的设计，本文讨论了可处理可配置信息与基本元素的解码器。该解码器采用并行解码算法，能够实现每个时钟周期解码一个码字，相比与普通串行解码方式，具有效率更高，解码时间可预测的特点。同时，我们在设计中引入码表分割技术，更有利于并行解码操作的实现。然后给出FPGA的仿真结果并进行了比对，显示采用该结构的解码器完全能够满足MPEG-4的可变长数据的解码需求。
　　 关于IDCT的设计结构很多，如基于分布式算法的结构、基于多乘法器的并行结构等。本文的设计充分利用IDCT算法对称性，用高度并行结构来加速处理，采用一维IDCT单元复用的方式来实现二维IDCT运算，实现了高效的二维IDCT处理单元。最后，利用SOPC Builder的定制IP核功能，我们将该处理单元添加到系统中，实现了在软件环境下的调用，为MPEG-4解码技术在片上可编程系统下的工程应用提供了支持.