基于DSP和FPGA的視頻編碼器

作者：時(shí)間：2013-09-13 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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隨著(zhù)寬帶Internet的快速發(fā)展和電子設備計算能力的迅速提高,在Internet上實(shí)時(shí)傳輸高清晰度視頻信息成為可能,以Internet為傳輸媒介的視頻會(huì )議、視頻監控、Internet電視臺等視頻應用方興未艾。這些應用的一個(gè)共同特點(diǎn)是,都需要一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)視頻編碼器,特別是高分辨率的視頻應用給視頻編碼器的計算能力提出了很高的要求。例如,一幅720×576的4∶2∶2視頻格式的畫(huà)面,包含有3240個(gè)16×16的YUV宏塊(MacroBlock,即MB)。如果該視頻幀按照P幀或者B幀進(jìn)行壓縮,那么每一個(gè)YUV宏塊都要進(jìn)行運動(dòng)估計、運動(dòng)補償、DCT(Discrete Cosine Transform)/反DCT變換、量化/反量化和VLC(Variable Length Coding)等環(huán)節的運算。如果進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮(每秒鐘壓縮25幀)的話(huà),大致需要316～5GIPS(Instruction persecond)的計算能力。

目前,單一的CPU/DSP一般還不具備這樣的計算能力。為了解決高清晰畫(huà)面的實(shí)時(shí)視頻壓縮問(wèn)題,本文提出了DSP和FPGA(Field Pro-grammable Gate Array)協(xié)同設計方案。使用FPGA完成視頻采集、YUV(視頻亮度Y、色度分量

UV)分離、數據I/O(Input/Output)等所有周邊功能,使用高性能的DSP進(jìn)行視頻壓縮編碼,因而在視頻編碼器內DSP和FPGA能夠進(jìn)行流水操作,有效地提高了編碼器的性能。

為了降低算法的計算復雜度,本文提出了基于宏塊空間復雜度的宏塊編碼類(lèi)型判別算法(MTJBSC)。在標準MPEG24視頻運動(dòng)估計算法中,判別宏塊的編碼類(lèi)型是通過(guò)計算當前宏塊內像素值方差和參考宏塊與當前宏塊之間的方差來(lái)實(shí)現的,因此計算量很大。MTJBSC算法首先計算出當前宏塊的空間負責度(MBC),然后通過(guò)比較當前宏塊的MBC與SAD(Sum of Absolute Difference)值來(lái)判斷當前宏塊的編碼類(lèi)型,大大降低了算法的計算復雜度。

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