基于FPGA的MPEG-4纹理解码器研究

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信息技术和计算机互联网飞速发展,多媒体信息成为人们获取信息的最主要载体。作为现在最重要、最有影响的多媒体数据压缩编码国际标准之一,MPEG-4实现了从基于像素的传统编码向基于对象和内容的现代编码的转变。而基于对象的编码思想使MPEG-4具有高压缩比、可扩展性和交互性等许多优点。FPGA作为当今数字系统设计的主要硬件平台,它完全由用户通过软件进行配置和编程来完成某种特定的功能,可以反复擦写。在修改和升级时,只需在计算机上更新程序,缩短了系统设计的周期,提高了设计的灵活性并降低了成本。本论文中各个模块均以FPGA为平台进行设计。   本论文在对MPEG-4纹理解码中的几种关键技术的充分理解和算法分析的基础上,结合FPGA的灵活性,采用Verilog语言对几种关键技术在应用层面上进行结构设计并仿真验证。   在针对MPEG-4解码器的实践中,本论文将重点放在纹理解码部分的可变长解码(VLD)和逆离散余弦变换(IDCT)的设计与实现上。针对VLD的设计,本文讨论了可处理可配置信息与基本元素的解码器。该解码器采用并行解码算法,能够实现每个时钟周期解码一个码字,相比与普通串行解码方式,具有效率更高,解码时间可预测的特点。同时,我们在设计中引入码表分割技术,更有利于并行解码操作的实现。然后给出FPGA的仿真结果并进行了比对,显示采用该结构的解码器完全能够满足MPEG-4的可变长数据的解码需求。   关于IDCT的设计结构很多,如基于分布式算法的结构、基于多乘法器的并行结构等。本文的设计充分利用IDCT算法对称性,用高度并行结构来加速处理,采用一维IDCT单元复用的方式来实现二维IDCT运算,实现了高效的二维IDCT处理单元。最后,利用SOPC Builder的定制IP核功能,我们将该处理单元添加到系统中,实现了在软件环境下的调用,为MPEG-4解码技术在片上可编程系统下的工程应用提供了支持.
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