视频解码器显示系统VLSI的设计与实现

论文摘要

本文设计并实现了基于AVS1.0视音频解码器的显示系统。通过视频显示数据抗块效应环行滤波、视频显示图像扩展和存储、视频显示输出三个重要的组成部分来完成本显示系统显示预处理和显示输出格式处理的主要功能。采用抗块效应环形滤波的技术可以改善块效应对显示图像的影响;采用显示图像的边界扩展和存储可以实现无限制运动向量的技术改善显示图像边界图像预测的结果;采用显示输出格式处理使得本显示系统支持SMPTE296M、SMPTE274M、ITU-R BT.656-4（CCIR-656）、CEA-861-B,并可用720′576I@50Hz来显示CIF和QCIF格式的图像。本显示系统的创新点首先在于它是基于AVS1.0视音频标准进行设计的,其次在显示系统中加入了显示图像优化处理的技术内容。并且该系统的功能设计同样可以应用于H.264等标准视频部分的显示系统之中,具备设计的灵活性和广泛的应用前景。全文采用自顶向下（Top-Down）的设计方法,对设计要求、系统设计、子模块的划分与设计、逻辑综合、形式验证及功能仿真等内容进行了详细阐述。设计过程中将面积优化和降低功耗作为优先考虑的问题,尽可能减少实际使用器件的数量和降低算法硬件实现的复杂程度。着重对流水线的设计进行了研究和优化,在不影响电路功能的前提下节省每级流水的时钟占用资源,实现了每级流水的宏块处理的时钟数在610个时钟以内。该项目“数字音视频编解码SoC1”属于国家高技术研究发展计划（863计划）的攻关项目,由中国科学院计算技术研究所承担。本人主要负责其中视音频解码器的显示系统的功能设计、子模块的划分与设计、逻辑综合、形式验证以及功能的仿真工作,研发工具为Synopsys公司的相关设计工具。该视音频解码器芯片已于2005年1月在中芯国际0.18微米生产线流片成功,目前测试通过,处于进一步SOC系统开发阶段。作为该解码器的重要组成部分,本设计同样也得到了完全的验证。该解码器芯片将会应用于高清晰度电视的机顶盒等大型的系统的研发中。本项目的顺利完成也必将为开发多媒体数字视音频系统显示系统的集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础,同时在我国多媒体技术领域达到世界领先水平的道路上具有重要作用。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 集成电路的发展
• 1.2 视频压缩标准简介
• 1.3 视音频解码系统简介
• 1.4 本文的选题目的和意义
• 第2章 视频解码系统的总体方案
• 2.1 前言
• 2.2 AVS1.0 标准的视频解码系统总体方案
• 2.2.1 视频压缩码流解析
• 2.2.2 视频解码系统的解码过程
• 第3章 视频解码器显示系统的设计方案
• 3.1 视频解码器显示系统设计方案简介
• 3.2 视频显示数据抗块效应环形滤波处理方案
• 3.2.1 环形滤波算法及设计架构
• 3.2.2 端口设计
• 3.2.3 端口时序设计
• 3.2.4 内部算法设计
• 3.3 视频显示图像扩展和存储处理方案
• 3.3.1 视频显示图像扩展和存储模块设计架构
• 3.3.2 端口设计
• 3.3.3 端口时序设计
• 3.3.4 硬件设计
• 3.4 视频显示输出的设计方案
• 3.4.1 视频显示输出模块设计架构
• 3.4.2 端口设计
• 3.4.3 端口时序设计
• 3.4.4 图像子采样格式转换
• 3.4.5 解码与显示时序不同步处理
• 3.4.6 解码与显示跨时域工作
• 3.4.7 视频图像输出显示方案
• 第4章 视频显示系统的仿真、综合和形式验证
• 4.1 概述
• 4.2 设计工具简介
• 4.2.1 电路仿真工具
• 4.2.2 电路综合工具
• 4.2.3 电路形式验证工具
• 4.3 系统的仿真及分析
• 4.3.1 视频显示数据抗块效应环形滤波模块仿真及分析
• 4.3.2 解码图像边界扩展模块仿真及分析
• 4.3.3 视频显示输出模块仿真及分析
• 4.4 系统的综合及分析
• 4.4.1 系统综合
• 4.4.2 综合环境设置
• 4.4.3 面积分析
• 4.4.4 时序分析
• 4.5 系统的形式验证及分析
• 4.5.1 系统的形式验证
• 4.5.2 失败结点分析
• 4.5.3 不匹配结点分析
• 4.6 系统的门级仿真
• 第5章 系统测试及结果
• 5.1 FPGA 验证
• 5.1.1 测试工具
• 5.1.2 测试环境
• 5.1.3 测试
• 5.2 ASIC 验证
• 5.2.1 测试工具
• 5.2.2 测试环境
• 5.2.3 测试
• 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢