基于fpga的运动估计设计

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1、第20卷第7期电子设计工程2012年4月Vol.20No.7ElectronicDesignEngineeringApr.2012基于FPGA的运动估计设计高峰，段哲民（西北工业大学电子信息学院，陕西西安710129）摘要：利用功能强大的FPGA实现视频图像的一种运动估计设计，采用的搜索方法是三步搜索法。在进行方案设计时，本文采用了技术比较成熟的VHDL语言进行设计，并使用QuartusII软件进行时序仿真。由仿真结果可知，无论是在功能的实现上还是在搜索的准确性、高效性以及FPGA片上资源的利用率上，本设计方案都具有明显的优越性。关键词：视频编码；FPGA；

2、运动估计；三步搜索法；VHDL中图分类号：TN919.8文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）07-0190-03DesignofmotionestimationbasedonFPGAGAOFeng，DUANZhe-min（SchoolofElectronicInformation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710129，China）Abstract:AprogramisdesignedtoachievetheMotionestimationofvideocodingwiththepow

3、erfulFPGA.And，three-stepsearchmethodisused．Duringtheschemedesign，VHDLdesignlanguagehasbeenusedwhichhasmorepowerfulfeatures，morematuretechnologies．AndusetheQuartusIIsoftwaretodothetimingsimulation．Thesimulationresultsshowthat，bothinfunctionandintherealizationofsearchaccuracy，efficie

4、ncy，andFPGAresourceutilizationonthechip，thisdesignhasobviousadvantages.Keywords:videocoding；FPGA；motionestimation；three-stepsearchmethod；VHDL人类获取的信息中70%来自于视觉。视频信息具有直观表明，将当前帧划分为多个16×16的块是比较合理的。其次，性、确切性和高效性等优点，其在多媒体信息中占有重要地要根据划分出的当前块的具体情况，以及所采用的搜索方法位，成为了主导现代生活的主力军。然而，视频信息信息量太来决定搜索窗口的

5、大小。最后，要在所确定的搜索窗口里面，大，对信息存储设备及通信网络均提出了很高要求，严重阻依据某种块匹配准则找到当前块的匹配块以及由匹配块到碍了人们对有效信息的获取和使用。而解决这个问题的途径当前块的运动矢量。图1所示是块匹配法的原理框图，其中就是视频编码即视频压缩。的箭头就是由参考帧到当前帧的运动矢量。目前，视频编码的主控制芯片主要有3种:ASIC、FPGA目前经常采用的块匹配准则主要有归一化互相关函数和DSP。ASIC和FPGA属于硬件设计，DSP属于软件设计[1-2]。（NCCF），最小均方差（MSE）以及最小绝对值（MAD）。其中由从功能上说，全定制

6、ASIC（ApplieationSpeeifieIntegrated于SAD准则在算法上并不需要做任何的乘法运算，可以减少Circuit）的功耗低、设计密度大并且能够完成高速设计，但同很多的时间资源和硬件资源，从而使得SAD准则成为了现在时其开发周期很长，投片成本很高而且不容易对解决方案进通常使用的匹配准则。行优化，应用范围很窄；DSp（DigitalSignalProeessing）可以提SAD（dx，dy）=Σ

7、fk（x0，y0）-fk-1（x0+dx，y0+dy）

8、（1）供强大的数字信号处理能力，其可编程特色可以支持各种标（x0，y0）奂A准格式的视频

9、编解码算法，但其处理速度低、硬件结构不灵其中A是参考帧中的搜索窗口区域，fk-1和fk分别是当前活；FPGA（FieldProgrammableGatoAiray）兼有了两者的一些帧和参考帧中的像素点值，（x0，y0）是块中的其中一个点。优点如可编程、功耗低等[3-4]，同时又具有设计周期短、开发成本低、处理速度快、设计灵活等特点。1运动估计原理运动估计主要是针对帧间预测，去除视频帧在空间域和时间域的冗余度[5]。块匹配方法是目前编码效率较高，普遍采用的一种编码方法。首先，其要将当前帧进行划分。长期实践图1块匹配法原理框图Fig.1Blockdiagramo

10、fblockmatchingalgorithm收稿日