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基于嵌入式系统的高分辨率视频压缩的研究

作　者: 郐子翔
导　师: 赵志衡；佟为明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 高分辨率视频压缩运动搜索 DM648 DVI
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 49次
引　用: 0次
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内容摘要

高分辨率视频数据的压缩,是未来视频压缩技术发展的主要方向,在军事、民用领域均有广阔的应用前景。与传统的标清视频信号相比,高清视频信号含有的数据量更加庞大,这就对压缩算法和硬件平台提出了更高的要求。本文设计的视频压缩系统,处理经DVI接口传输的UXGA视频信号,压缩算法参照业界广泛认可和应用的H.264国际编码标准,处理器采用TI公司推出的具有强大DSP内核优化加速器以及丰富外设的达芬奇技术DSP——TMS320DM648。在硬件平台设计上,本系统使用AD9388A和FPGA设计了预处理电路。应用串转并的思想,利用FPGA编程解决了降低UXGA视频超高点频及色彩空间由RGB到YUV转换的问题。在不影响分辨率的前提下,转换中通过色彩舍弃减少了DSP需要处理的数据量。以DM648为核心完成了中央处理单元,DM648与DDR2的接口电路、DM648的配置电路和DM648的监督定时电路的设计。DM648对多路电源的要求较以往的6000系列DSP有很大的不同,因此,本系统在硬件设计时也考虑了该因素,所设计的电源管理方案很好的解决了DM648上电顺序的问题和EMI/EMC的问题。基于达芬奇技术背景的DM648,其软件开发工具和软件架构,都有了很大的改变。在软件平台设计上,本文首先简要介绍了所需要的达芬奇软件开发工具,并利用这些工具搭建了达芬奇软件开发环境。其次,优化了本系统压缩算法的程序流程,成功将压缩算法从PC平台上移植到DSP平台。最后,为了能更好的满足实时性的要求,本文在达芬奇软件平台上对压缩算法程序做了算法级和系统级优化。在算法级上,提出了快速帧内预测,快速运动搜索和快速变换量化的优化方法;在系统级上,充分利用了DM648的性能和外设的优势,提出了pingpong双缓冲的解决方案,实现了视频数据在片内片外的高速搬移。最后,通过试验验证了该高分辨率视频压缩系统的可行性和实时性。

全文目录

摘要  4-5
Abstact  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外视频压缩技术的发展现状  10-17
    1.2.1 视频压缩及其必要性  10-11
    1.2.2 视频压缩技术概述  11-13
    1.2.3 国外视频压缩技术的发展现状  13-15
    1.2.4 国内视频压缩技术的发展现状  15
    1.2.5 视频压缩技术的实现方式  15-17
  1.3 论文研究的主要内容  17-19
第2章高分辨率视频压缩算法的分析  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 H.264 视频编码器的基本框架  19-20
  2.3 H.264 标准关键模块  20-25
    2.3.1 帧内预测  20-21
    2.3.2 帧间预测  21-22
    2.3.3 变换与量化  22-24
    2.3.4 熵编码  24-25
  2.4 H.264 的分层结构和编码组织方式  25-26
    2.4.1 H.264 的分层结构  25
    2.4.2 H.264 的编码组织方式  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章高分辨率视频压缩系统的硬件设计  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 压缩系统的性能指标及总体架构  27-28
  3.3 DVI 接口  28-29
  3.4 预处理电路单元  29-32
    3.4.1 视频采集  29-30
    3.4.2 分频和色彩空间转换  30-32
  3.5 中央处理单元  32-35
    3.5.1 DM648 与DDR2 的接口  33
    3.5.2 DM648 的配置电路  33-34
    3.5.3 DM648 监督定时器的设计  34-35
  3.6 电源管理单元  35-38
  3.7 本章小结  38-39
第4章高分辨率视频压缩系统的软件设计  39-60
  4.1 引言  39
  4.2 视频压缩系统软件平台搭建  39-43
    4.2.1 达芬奇技术的软件架构  39-41
    4.2.2 创建DSP/BIOS  41-42
    4.2.3 注册和使用PSP  42
    4.2.4 配置和使用类驱动  42-43
  4.3 视频压缩系统编码方案的移植  43-47
  4.4 视频压缩系统编码方案的优化  47-59
    4.4.1 宏块编码模式选择优化  47-49
    4.4.2 运动搜索算法优化  49-54
    4.4.3 变换与量化模块优化  54-55
    4.4.4 DM648 的系统优化  55-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章高分辨率视频压缩系统的试验结果  60-67
  5.1 引言  60
  5.2 测试环境的搭建  60-61
  5.3 率失真性能及压缩算法QP 值的确定  61-65
  5.4 实时性测试  65-66
  5.5 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  71-73
致谢  73

基于嵌入式系统的高分辨率视频压缩的研究

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