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随着社会进步与科技发展,数字视频技术正逐渐走向成熟,走进千家万户。特别是近几年高清晰度视频已成为热点技术,拥有着价值数千亿的市场,因而对它的研究有着重要的实用价值和广阔的应用前景。
本课题要研究的内容是设计实现一块高清视频的硬件实时编解码板卡,采用的视频压缩技术为JPEG2000。板卡要完成的功能包括编码和解码两部分,编码的部分包括将高清原始视频(1080i/720p)通过HD-SDI端口输入,使用FPGA和JPEG2000专用芯片完成视频的JPEG2000压缩,最后将压缩码流通过PCI总线传递到PC上存储下来。解码的部分则是将压缩码流从PC上通过PCI总线传递到JPEG2000解码芯片解压缩还原出原始视频来。在此基础上,对JPEG2000应用于超高清晰度视频(2K/4K)领域特别是数字电影方面进行初步的探讨。
JPEG2000由于其算法本身的特性如压缩性能高、支持大分辨率图像、多种形式的可分级性,采用帧内编码等使之非常适用于高清视频编辑、数字电影等应用。在需要大分辨率、高保真度的图像和视频领域,JPEG2000正引起越来越多人的关注和使用。
本课题通过学习JPEG2000算法,掌握相应FPGA和编解码芯片的使用,设计出完成课题所需功能的FPGA逻辑、MCU程序、PC端码流后续处理应用程序以及整个硬件电路板原理图(除去PCI模块部分)。通过实际制板调试,来验证功能的正确性。
本课题把JPEG2000技术引入到高清视频采集、压缩、编辑以及数字电影领域里,完成了板卡相应的软硬件功能设计,并通过研究JPEG2000码流组织算法,实现了多个单分量JPEG2000码流在压缩域的分量融合。
该板卡经过实际系统测试后,可以很好地实现高清码流的JPEG2000编解码,并能进一步扩展到支持2K/4K大小的视频。压缩码流采用帧内编码方式,码率最大为250Mbps,图像效果好,说明了JPEG2000技术非常适合于高清以及超高清视频领域。