h.264分数像素运动估计的fpga设计

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1、代号10701学号1101120192分类号TN919.8密级公开题（中、英文）目H.264分数像素运动估计的FPGA设计FPGADesignofFractionalMotionEstimationinH.264作者姓名王彦超宋彬教授指导教师姓名、职称工学学科门类学科、专业通信与信息系统提交论文日期二零一四年一月万方数据西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为

2、获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期:西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大

3、学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：日期:导师签名：日期:万方数据万方数据摘要H.264视频编解码标准凭借其出众的压缩性能，在各种视频服务领域得到应用。它使用了分数像素运动估计，使得编码器压缩性能提升了0.5~2dB。但是分数像素运动估计的计算复杂度较大，占用了整个帧间预测计算量的45%。FPGA技术可以使我们方便的通过硬件平台完成高速计算的任务，设计基于FPGA的视频编解码器是产业界研究的热门方向。本文首先介绍了视频压缩技术的发展及技术特点，然后描述了H.264视频编码主要环节和FPGA相关知识，最后给出了几种已有的分数像素运

4、动估计模块设计模式并引出本文的设计方案。在保证视频编码质量的情况下，为了降低复杂度，本方案未支持8x8分割以下的分割模式，且在求解像素残差和运动预测像素值时都以8x8块为基本单位；存储参考帧像素和当前帧像素时，使用了FPGA中不同的存储资源，并设置了相应的存储规则；在插值过程中将竖向8x8块合并后输入到插值单元，避免了参考帧像素边界的重复输入；本方案采用了一种适合硬件实现的搜索算法，即并行搜索21个分数像素点（匹配块左上顶点），这个算法对视频质量的影响只有0.02dB，但处理效率大大提升；在比较判决模块，利用21个代价值到达的时间不同的特点，复用了三个比较单元；同时设计中进行了两次

5、分数像素运动估计，节省了存储空间，第一次针对每种分割模式，得到最佳分割模式，第二次仅针对最佳分割运动估计，得到最佳残差和最佳运动补偿像素等数据，最后重构得到重构像素。最后，本文利用Systemverilog搭建的验证平台，使用大量视频的数据进行了验证，功能仿真表明本文设计正确达到了预期功能。在Xilinx的xc7z045硬件平台上进行了综合和布局布线，结果表明本模块共使用11094个寄存器和22950个LUTs，布局布线后的工作频率达到了125MHz，处理一个宏块需要440个周期，满足处理1080p@30fps的要求。关键词：FPGAH.264/AVC分数像素运动动估计System

6、Verilog万方数据万方数据ABSTRACTWithitssuperiorcompressionperformance,H.264videocompressionstandardhasbeenwidelyusedinvariousvideoservices.Taketheadvantageoffractionalmotionestimation,itimprovescompressionperformanceby0.5~2dB.Butfractionalmotionestimationrequireshugeamountofcomputationalcomplexity,ando

7、ccupies45%ofinterprediction.FPGAtechnologyhelpustoachievethehigh-speedcomputingtaskconveniently,andthedesignofvideocodecbasedonFPGAhasbecomeapopularareas.Atfirst,thispapergivesashortviewofvideocompressiontechnologyanditstechnicalfeature