基于FPGA的MJPEG视频解码器的芯片设计

论文摘要

随着科技的不断发展,各式各样的多媒体技术在计算机网络和日常生活中得到了广泛的应用。其中,JPEG静态图像压缩标准以其良好的压缩性能在图像处理领域获得了广泛的应用。通过JPEG压缩算法,可以大大减少存储和传输图像数据时所需要的存储空间和网络带宽。在JPEG标准提供的四种工作模式中,广泛采用的为JPEG基本系统。本文首先简单介绍了JPEG标准与常用的JFIF文件存储格式,然后对JPEG压缩标准基本系统包含的各部分算法进行了详细的阐述。在对各种算法进行了衡量和比较后,利用Verilog HDL硬件描述语言,采用流水线的设计思路,对JPEG基本系统解码器的各个模块进行了硬件实现,并给出了整体设计的功能仿真波形和验证结果。由于JPEG基本系统解码器采用了流水线设计,因此可同时对多幅连续JPEG图像进行解码。在此设计的基础上,本文进一步提出了MJPEG视频解码器的设计方案,并通过了功能仿真和基于FPGA的综合验证了方案的可行性。通过对本课题中JPEG基本系统解码器的设计与实现,为以后其他更加复杂的图像解码器的设计做出了积极的探索,并通过设计MJPEG视频解码器方案为今后通过FPGA具体实现各种格式的多媒体视频解码系统提供了的借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 JPEG压缩标准及相关技术
• 1.2 JPEG解码技术的研究现状
• 1.3 专用集成电路（ASIC）与现场可编程逻辑器件（FPGA）
• 1.4 论文的主要内容与章节安排
• 第二章 JPEG压缩标准及基本系统的算法简介
• 2.1 JPEG标准的诞生和发展
• 2.2 JPEG图像文件存储格式JFIF简介
• 2.3 基于JPEG压缩标准的基本系统算法简介
• 2.3.1 色彩空间转换
• 2.3.2 YCbCr色彩空间采样
• 2.3.3 离散余弦变换
• 2.3.4 量化与Zig-Zag变换
• 2.3.5 熵编码
• 第三章 JPEG解码器的VLSI系统设计
• 3.1 JPEG解码器的设计思想与系统架构
• 3.1.1 设计思想
• 3.1.2 系统架构
• 3.2 JPEG解码器的具体设计与实现
• 3.2.1 输入缓冲模块
• 3.2.2 头码流解析模块
• 3.2.2.1 头码流解析状态机
• 3.2.2.2 头文件信息存储单元
• 3.2.3 熵解码模块
• 3.2.3.1 数据缓冲区
• 3.2.3.2 解码状态机
• 3.2.4 解量化模块
• 3.2.5 反Zig-Zag变换模块
• 3.2.6 反向离散余弦变换模块
• 3.2.6.1 反向离散余弦变换算法设计
• 3.2.6.2 反向离散余弦变换模块架构
• 3.2.7 解采样模块
• 3.2.8 色彩空间转换模块
• 第四章 JPEG解码器的仿真与MJPEG视频解码器的验证
• 4.1 JPEG解码器的仿真
• 4.1.1 什么是Testbench
• 4.1.2 JPEG解码器各阶段仿真波形
• 4.2 MJPEG视频解码器的验证
• 4.2.1 基于FPGA的验证平台
• 4.2.2 输入视频码流
• 4.2.3 MJPEG视频解码器的验证方案
• 4.2.4 验证结果与方案分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果及参与项目
• 学位论文评阅及答辩情况表