AVS环路滤波器的硬件设计与实现

摘要

AVS（Audio Video coding Standard）视频编码标准是我国具有自主知识产权的数字视频编码标准。环路滤波是AVS视频编码系统的重要组成部分，其作用是去除视频压缩过程中引入的块效应。
　　本文首先阐述了AVS视频标准的研究背景和AVS环路滤波器的研究现状，然后对AVS标准中去块效应的原理和算法进行了详细的阐述，在此基础上设计了环路滤波器的硬件结构。AVS环路滤波器的作用是去除图像的块效应，主要包括控制、滤波和存储三大部分。控制部分包括顶层控制、读写控制等模块，滤波部分包括边界强度计算、参数计算、滤波控制、亮度/色度滤波以及转置等模块，存储部分包括片上存储、片外存储、AXI接口等模块。顶层控制模块控制环路滤波器开始工作，然后读写控制模块通过AXI接口将滤波数据从片外SDRAM写入片上SRAM，同时通过参数计算模块和边界强度计算模块计算出滤波时所需要的一些参数。滤波控制模块控制亮度滤波模块、色度滤波模块和转置模块协同工作来完成对宏块的滤波，滤波完成后将数据从片上SRAM写回片外SDRAM。
　　本文通过适当增加带宽极大地减少了片上SRAM的使用，在节省片上存储空间方面具有优势。本文为滤波所用到的14个8×8块分配各自的SRAM，一共使用896Bytes的片上SRAM，与传统存储方案相比本文节省了95％的片上存储空间。本文还对传统滤波顺序做了改进，减少了部分8×8块的存取。在新的滤波顺序跟存储方案相结合的情况下，滤波过程中用两个亮度滤波模块并行滤波来加快滤波速度。
　　本文用Verilog语言对AVS环路滤波器的设计进行RTL级描述，然后用Modelsim做了功能仿真，最后在Quartus II环境下进行综合，用Altera Cyclone IV FPGA开发板进行验证。用SignalTap抓取AVS环路滤波器的实时波形，同时将滤波结果用串口助手显示，通过与官方代码运行结果的对比，证明了硬件设计的正确性。最终验证结果表明，本文设计的AVS环路滤波器在100MHz的时钟频率下处理一个宏块只需290ns，对于大小为1280×720的高清图像，一秒钟可以处理95帧，满足高清视频处理速度的要求。

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1 绪论

1.1 论文的研究目的及意义

1.2 AVS环路滤波器研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文章节安排

2 AVS环路滤波器的原理及算法

2.1 AVS标准简介

2.2 AVS环路滤波器

2.3 AVS环路滤波器的去块滤波算法

2.4 本章小结

3 AVS环路滤波器的硬件设计

3.1 AVS环路滤波器的硬件结构

3.2 滤波单元设计

3.3 片上存储方案

3.4 读写控制模块设计

3.5 接口模块设计

3.6 SDRAM控制器设计

3.7 本章小结

4 AVS环路滤波器的仿真及验证

4.1 AVS环路滤波器的功能仿真

4.2 AVS环路滤波器的FPGA验证

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献