H.264去块滤波器设计及软硬协同验证

摘要

H.264是新一代视频编码国际标准,它由运动图像专家组和视频编码专家组联合制定。与上一代的MPEG-2视频压缩标准相比,它的压缩率提高了一倍。目前, H.264广泛应用到安全、娱乐等各个领域的视频相关产品中。
　　去块滤波器是H.264编解码器中的一个重要模块,它可以有效提前图像质量,也为其高压缩性能作出了很大的贡献。但是,去块滤波器的算法相当复杂,而且其运行时数据吞吐量大,会消耗很大的总线带宽。而宏块自适应帧场(MBAFF)特性又使去块滤波器的图像数据读取操作变得更加复杂。
　　本文针对上述问题,以高效率低吞吐量的去块滤波器为研究对象,基于对H.264标准的去块滤波算的深刻理解,对H.264中去块滤波器的设计构架及其软件设计进行了详细的讨论和研究。提出了一种高效新颖并且支持MBAFF的去块滤波器架构。实现了此硬件架构,为其设计了软件流程,并对硬件和软件进行了验证。本文的主要工作内容有:
　　1.研究了缓存模块的架构,提出了一种新颖的缓存模块架构,它支持行列两个方向读写操作,简化了去块滤波器的取数据操作并且支持MBAFF特性。
　　2.研究去块滤波数据分块动态加载的方法,提出了数据动态加载和滤波的机制,该机制根据实际需要只加载和处理需要的数据,节省处理时间,同时有效降低了数据吞吐量。
　　3.研究了一套优化的滤波顺序和缓存调度方案,它只用远少于宏块数据量的缓存就可以完成宏块滤波。
　　4.完成了硬件的具体实现,并为其设计了配套的软件。
　　5.对其进行了仿真验证和软硬件协同验证,并进行了电路综合。分析结果显示,此滤波器功能正确并且性能优秀。

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第一章 绪 论

1.1 去块滤波技术的发展

1.2 本文的主要工作和意义

1.3 本论文的结构安排

第二章 视频压缩基础

2.1 数字视频

2.2 视频压缩原理

2.3 数字视频压缩标准

2.4 本章小结

第三章 H.264的去块滤波算法研究

3.1 去块滤波的边界及处理顺序

3.2 块边界级别的自适应滤波

3.3 样点级别的滤波过程

3.4 本章小结

第四章 去块滤波器的设计

4.1 规格要求

4.2 去块滤波器的系统设计

4.3 块缓存模块的读写模式优化

4.4 宏块内滤波顺序的优化与缓存模块调度的设计

4.5 子模块设计

4.6 本章小结

第五章 软硬件协同验证以及综合分析

5.1 软件流程设计

5.2 仿真验证

5.3 基于FPGA的软硬件协同验证

5.4 电路综合与结果分析

5.5 本章小结

第六章 结 论

6.1 本文的主要贡献

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

附录