面向視頻解碼應用的SOPC系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科技發(fā)展,視頻應用不斷地得到普及,改變著我們的生活、交流和工作方式。而未經壓縮處理的視頻數據量往往很大,不便于存儲和傳輸,因此需要進行視頻壓縮編碼來減少冗余信息。而 H.264是常用的視頻壓縮標準之一,它具有壓縮率高,信噪比高等優(yōu)點,尤其適合低碼率視頻應用場合。H.264視頻解碼有多種實現方案,常見的有基于通用處理器、基于ASIC、基于DSP和基于GPU等。本文則基于FPGA采用SOPC的方式實現H.264視頻解碼。SOPC具有軟硬

2、件均可編程的特點,設計靈活度高,非常適合用于SOC系統(tǒng)的原型設計。
　　本文先對H.264視頻編解碼技術和基于FPGA的SOPC開發(fā)技術進行介紹。然后以在Xilinx FPGA上實現H.264低碼率視頻解碼為目標,分析了基于軟件解碼和基于硬件解碼的兩種 SOPC系統(tǒng)設計方案。其中,基于軟件解碼的 SOPC系統(tǒng)是由PowerPC處理器執(zhí)行軟件解碼程序來完成H.264解碼功能;而基于硬件解碼的SOPC系統(tǒng)是由特定的硬件電路模塊來完成H

3、.264解碼功能。
　　在基于軟件解碼的 SOPC系統(tǒng)設計中,深入研究了 Xilinx的 PowerPC440、Crossbar、MPMC和tft controller等IP核,并在XPS開發(fā)環(huán)境下,利用這些IP核搭建了一個能運行操作系統(tǒng)和支持視頻輸出顯示的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺。通過在基于PowerPC的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺上移植Linux操作系統(tǒng),并在Linux上運行開源軟件解碼程序MPlayer,用軟件方式實現了H.264視頻解碼

4、和輸出顯示。
　　在基于硬件解碼的SOPC系統(tǒng)設計中,通過集成第三方H.264硬件解碼IP核,用硬件方式實現基本檔次(Baseline Profile)的H.264視頻解碼,軟件部分完成視頻輸出顯示。本文基于 Modelsim對第三方 IP核的功能進行仿真驗證,然后詳細討論了在XPS中集成自定義IP核的過程,包括實現PLB接口,建立IP核目錄和利用ChipScope進行調試等方面。經實驗測試,利用第三方硬件解碼IP核,能完成基本檔