H.265运动补偿模块与高可靠性ToI系统SoC设计

摘要

高效视频编码标准HEVC，即H.265，是ITU-T的视频编码专家组和ISO/IEC的动态图像专家组联合提出的最新视频编码标准。与H.264相比，H.265的压缩率提高了1倍，但也增加了编解码器的复杂度。本文研究了H.265解码器中的运动补偿算法，并完成了H.265运动补偿模块与高可靠性ToI系统的设计与SoC实现。
　　本文主要工作如下:
　　1、H.265运动补偿模块的硬件设计
　　针对外部存储器访问带宽大的问题，使用寄存器缓存寄存参考像素点，并将预测单元分割成4×4块依次处理减少缓存面积;通过复用相邻4×4块之间的参考像素点降低外部存储器的访问带宽;同时利用插值系数的对称性减少插值滤波器的数目。实验结果表明，与优化前相比，寄存器缓存面积最多减少96.5％，外部存储器访问带宽最高降低59.7％，并且减少了4个亮度插值滤波器和8个色度插值滤波器。
　　2、高可靠性ToI系统的SoC设计与实现
　　针对现有无线视频通信系统中可靠性低及存储、传输能力差的问题，对无线接收到的H.264编码视频码流插入SPS和PPS，并通过TS over IP方式将视频传到PC端。文章完成系统的硬件设计和SoC集成;完成NiosⅡ控制软件代码的设计;完成系统的优化设计，以提升系统的稳定性，解决由数据丢包或DTS与PTS值设定不合理造成的无法播放的现象。并建立FPGA验证平台对高可靠性ToI系统进行SoC原型验证。验证结果表明，系统能够实时接收H.264编码的640×480@18f/s视频信号并传入PC端显示，整个无线视频系统延迟约2s，能够稳定工作，达到预期目标。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 数字视频编码标准

1．2．1 H．26x系列视频编码标准

1．2．2 MPEG-x系列视频编码标准

1．3 论文的研究意义及内容

1．3．1 H．265运动补偿模块的研究意义与内容

1．3．2 高可靠性ToI系统的研究意义与内容

1．4 论文的结构组成

第二章 H．265视频编码标准

2．1 H．265的新特性

2．2 H．265的编解码过程

2．2．1 编码过程

2．2．2 解码过程

2．3 H．265图像的划分

2．3．1 编码单元

2．3．2 预测单元

2．3．3 变换单元

2．4 H．265运动补偿算法

2．4．1 AMVP技术和Merge模式

2．4．2 亚像素插值

2．4．3 加权预测

2．5 本章小结

第三章 H．265运动补偿模块硬件设计

3．1 运动补偿模块整体硬件结构

3．2 运动矢量预测

3．3 参考像素读取和寄存器缓存存储分配

3．3．1 参考像素读取

3．3．2 寄存器缓存存储分配

3．4 亮度亚像素插位

3．4．1 亮度插值运算

3．4．2 1／2像素插值滤波器

3．4．3 1／4像素插值滤波器

3．5 色度亚像素插值

3．6 实验及结果分析

3．7 本章小结

第四章 高可靠性ToI系统SoC设计

4．1 系统和ts_over_ip模块的硬件结构

4．1．1 高可靠性ToI系统的硬件结构

4．1．2 ts_over_ip模块的硬件结构

4．2 TS流接收解包模块

4．2．1 TS流结构

4．2．2 TS流接收解包模块

4．3 H．264码流分析模块

4．3．1 H．264码流结构

4．3．2 H．264码流分析模块

4．4 FIFO控制模块

4．5 TS流打包模块

4．5．1 ES流读取模块

4．5．2 TS包生成模块

4．6 TS流时序调整模块

4．7 指令接口模块和控制软件设计

4．8 本章小结

第五章 H．265运动补偿模块和高可靠性ToI系统的验证

5．1 H．265运动补偿模块的验证

5．1．1 H．265运动补偿模块的功能仿真

5．1．2 H．265运动补偿模块的FPGA验证

5．2 高可靠性ToI系统的验证

5．2．1 高可靠性ToI系统的功能仿真

5．2．2 高可靠性ToI系统的FPGA验证

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况