基于FPGA的H264视频编码器设计

随着多媒体编码技术的发展，视频压缩标准在很多领域都得到了成功应用，如视频会议(H.263)、DVD(MPEG-2)、机顶盒(MPEG-2)等等，而网络带宽的不断提升和高效视频压缩技术的发展使人们逐渐把关注的焦点转移到了宽带网络数字电视(IPTV)、流媒体等基于传输的业务上来。带宽的增加为流式媒体的发展铺平了道路，而高效的视频压缩标准的出台则是流媒体技术发展的关键。H.264/AVC是由国际电信联合会和国际标准化组织共同发展的下一代视频压缩标准之一。新标准中采用了新的视频压缩技术，如多模式帧间预测、1/4像素精度预测、整数DCT变换、变块尺寸运动补偿、基于上下文的二元算术编码(CABAC)、基于上下文的变长编码(CAVLC)等等，这些技术的采用大大提高了视频压缩的效率，更有利于宽带网络数字电视(IPTV)、流媒体等基于传输的业务的实现。 本文主要根据视频会议应用的需要对JM8.6代码进行优化，目标是实现基于Baseline的低复杂度的CIF编码器，并对部分功能模块进行电路设计。在设计方法上采用自顶向下的设计方法，首先对H.264编码器的C代码和算法进行优化，并对优化后的结果进行测试比较，结果显示在图像质量没有明显降低的情况下，H.264编码器编码CIF格式视频每秒达到15帧以上，满足了视频会议应用的实时性要求。然后，以C模型为参考对H.264编码器的部分功能模块电路进行设计。采用Verilog HDL实现了这些模块，并在Quartus Ⅱ中进行了综合、仿真、验证。主要完成了Zig-zag扫描和CAVLC模块的设计，详细说明模块的工作原理和过程，然后进行多组的仿真测试，结果与C模型相应部分的结果一致，证明了设计的正确性。