低碼率嵌入式 MPEG-4圖像編解碼器的實(shí)現(xiàn).pdf

1、MPEG-4是新一代基于內(nèi)容的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它與傳統(tǒng)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的最大不同在于第一次提出了基于對(duì)象的視頻編碼新概念。在低碼率和抗誤碼能力上有著優(yōu)越的性能，因此在航天和國(guó)防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本課題的研究?jī)?nèi)容為低碼率嵌入式MPEG4編解碼器的實(shí)現(xiàn)，主要是滿足總裝備部的要求，設(shè)計(jì)用于新一代航天飛行器的低碼率圖象編解碼器，同時(shí)為導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。 本文簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字圖象壓縮的基本原理和MPEG4標(biāo)準(zhǔn)一些內(nèi)容

2、，在此基礎(chǔ)上主要介紹了如何用FPGA+DSP+ASIC的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低碼率嵌入式 MPEG-4圖像編解碼器。 隨著技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了很多適用于數(shù)字圖象壓縮的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，基于總體單位低碼率的要求和MPEG4在低碼率狀態(tài)下的出色表現(xiàn)，本設(shè)計(jì)選擇了MPEG4的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖象的編解碼。低碼率MPEG-4圖像編解碼器的方案一般可以采用下面兩種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，一種是DSP方案，另一種為多媒體處理器方案。 由于軍用產(chǎn)品的一些特

3、殊要求，常用的方案沒(méi)法滿足產(chǎn)品的需求，在本文中設(shè)計(jì)了DSP+FPGA+ASIC的方案，用ASIC的硬件和DSP嵌入式軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，加上FPGA的時(shí)序的配合，使得設(shè)計(jì)能達(dá)到最優(yōu)的效果。本方案的優(yōu)點(diǎn)主要在于：采用硬件ASIC的處理速度快；嵌入式的軟件在DSP上的實(shí)現(xiàn)可以加快運(yùn)行速度，使軟件得到更合理的應(yīng)用；選用的ASIC內(nèi)部帶有H.263的內(nèi)核，在低碼率的視頻編解碼中有著出色的表現(xiàn)；功耗較小。 基于DSP+FPGA+ASIC的設(shè)計(jì)思路

4、進(jìn)行的方案，是一個(gè)硬件和DSP嵌入式軟件綜合應(yīng)用的過(guò)程，既涉及到多方面的背景知識(shí)，又需要克服技術(shù)難點(diǎn)，還要解決關(guān)鍵問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)大量的調(diào)研和方案比較，本設(shè)計(jì)方案選用了VWEB公司的系統(tǒng)級(jí)芯片VW2010為主要器件，配于大規(guī)模可編程器件FPGA XILINX VIRTEX系列的 XQV300和數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP SM320VC5409 協(xié)同工作。在實(shí)際的研制工作中，作了大量的設(shè)計(jì)和修改工作。本文的工作主要是在以下幾個(gè)方面展開(kāi)。

5、 1、 采用ASIC+DSP+FPGA的方案設(shè)計(jì)了一個(gè)低碼率嵌入式MPEG4編解碼器，經(jīng)過(guò)最終的試驗(yàn)和測(cè)試表明，在軍事領(lǐng)域 ，這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)方案是合理的、有一定創(chuàng)造性的。 2、 在數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究中采用數(shù)據(jù)緩存技術(shù)和自恢復(fù)技術(shù)，有助于在信道中保持恒定的碼率；在硬件上采用FPGA實(shí)現(xiàn)。 3、 對(duì)VW2010的編碼單元和解碼單元的程序控制采用DSP完成，用DSP設(shè)計(jì)的嵌入式軟件，充分利用了DSP的優(yōu)點(diǎn)，使得軟

6、件運(yùn)算更快，程序更簡(jiǎn)單，模塊化的結(jié)構(gòu)更便于理解和移植。 4、 在MPEG4的碼流中增加Reed Solomon糾錯(cuò)編碼功能，RS糾錯(cuò)碼的應(yīng)用增加了系統(tǒng)的抗誤碼能力，設(shè)計(jì)思路采用RS（255，239）碼，采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件語(yǔ)言用VHDL完成。 5、 解碼碼流分析和解包，由于接收到的數(shù)據(jù)流存在多個(gè)信息層，碼流的分析就是快速的分析當(dāng)前的碼流結(jié)構(gòu)，確認(rèn)有效信息所在的位置，解包就是拋棄包頭同步信息和無(wú)用的信息進(jìn)行，并將它提取

7、出來(lái)，送給編解碼模塊進(jìn)行解碼，這一部分也是由FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于設(shè)備是運(yùn)用在軍事領(lǐng)域中，具有高可靠、低碼率的要求，在實(shí)際的研制過(guò)程中考慮到無(wú)線信道具有一定的帶寬限制，同時(shí)由于空間中存在著各種各樣的噪聲和干擾，信道存在著一定誤碼，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中將MPEG4編解碼技術(shù)同RS糾錯(cuò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以增加在無(wú)線信道中的抗誤碼能力，同時(shí)滿足總體單位對(duì)低碼率的要求。針對(duì)總體的要求，解碼設(shè)備必須能同時(shí)顯示四路圖象，因此在后處理中增加視頻