低碼率嵌入式 MPEG-4圖像編解碼器的實現(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，因此在航天和國防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本課題的研究內(nèi)容為低碼率嵌入式MPEG4編解碼器的實現(xiàn)，主要是滿足總裝備部的要求，設(shè)計用于新一代航天飛行器的低碼率圖象編解碼器，同時為導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)進(jìn)行技術(shù)儲備。 本文簡要介紹了數(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的方式來實現(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)計選擇了MPEG4的標(biāo)準(zhǔn)來實現(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，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，常用的方案沒法滿足產(chǎn)品的需求，在本文中設(shè)計了DSP+FPGA+ASIC的方案，用ASIC的硬件和DSP嵌入式軟件來實現(xiàn)，加上FPGA的時序的配合，使得設(shè)計能達(dá)到最優(yōu)的效果。本方案的優(yōu)點主要在于：采用硬件ASIC的處理速度快；嵌入式的軟件在DSP上的實現(xiàn)可以加快運行速度，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)計思路

4、進(jìn)行的方案，是一個硬件和DSP嵌入式軟件綜合應(yīng)用的過程，既涉及到多方面的背景知識，又需要克服技術(shù)難點，還要解決關(guān)鍵問題。 經(jīng)過大量的調(diào)研和方案比較，本設(shè)計方案選用了VWEB公司的系統(tǒng)級芯片VW2010為主要器件，配于大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA XILINX VIRTEX系列的 XQV300和數(shù)字信號處理芯片DSP SM320VC5409 協(xié)同工作。在實際的研制工作中，作了大量的設(shè)計和修改工作。本文的工作主要是在以下幾個方面展開。

5、 1、 采用ASIC+DSP+FPGA的方案設(shè)計了一個低碼率嵌入式MPEG4編解碼器，經(jīng)過最終的試驗和測試表明，在軍事領(lǐng)域 ，這樣的一個設(shè)計方案是合理的、有一定創(chuàng)造性的。 2、 在數(shù)據(jù)流的設(shè)計與實現(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實現(xiàn)。 3、 對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)計的嵌入式軟件，充分利用了DSP的優(yōu)點，使得軟

6、件運算更快，程序更簡單，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糾錯編碼功能，RS糾錯碼的應(yīng)用增加了系統(tǒng)的抗誤碼能力，設(shè)計思路采用RS（255，239）碼，采用FPGA來實現(xiàn)，軟件語言用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用的信息進(jìn)行，并將它提取

7、出來，送給編解碼模塊進(jìn)行解碼，這一部分也是由FPGA來實現(xiàn)。 由于設(shè)備是運用在軍事領(lǐng)域中，具有高可靠、低碼率的要求，在實際的研制過程中考慮到無線信道具有一定的帶寬限制，同時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)計過程中將MPEG4編解碼技術(shù)同RS糾錯技術(shù)結(jié)合起來，以增加在無線信道中的抗誤碼能力，同時滿足總體單位對低碼率的要求。針對總體的要求，解碼設(shè)備必須能同時顯示四路圖象，因此在后處理中增加視頻