基于MPEG2的运动补偿模块的设计和验证

论文摘要

MPEG（Motion Picture Expert Group,运动图像专家组）定义了诸多的音视频标准和规范,MPEG2视频解码器是MPEG-2标准中的关键环节,而运动补偿技术MC（Motion Compensation）则是视频解码器中最重要的部分。运动补偿技术就是在动态序列图像实时编码中运用图像信息以及像素的位移矢量进行图像高效编码的一种方法。运动补偿技术能在有限带宽的情形下,实现视频数据的传送,这为现阶段的图像设备提供了技术支持。本论文对MPEG2标准做了详细的剖析,在参考了部分优秀设计的基础上,完成了运动补偿模块的RTL代码设计。设计的重点在于通过深层次剖析数据流和各种预测方式,得到相关的运动向量并依据不同补偿方法,将算法转化成高效的RTL级硬件代码。同时,因为本设计是MPEG2视频解码器的一部分,所以在设计的过程中,运动补偿模块与可变长解码模块,仲裁模块,反离散余弦变换模块及相关存储器之间的协调工作就变得异常重要。为确保将MC设计集成到完整的MPEG2解码器中后整体功能的正确性。本文在完成上述工作的基础上,借助实验室其它资源将MC设计集成到一个完整MPEG2视频解码器设计之中并为此视频解码器搭建了一个完善的、具有可重用参考价值的验证平台。验证过程中,通过状态机验证了运动补偿的各种预测方式,并调用几种仿真工具和X-Window显示函数来完成验证。考虑视频解码过程是非常复杂的,本论文主要采用脚本来完成整个自动化验证过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.1.1 视频压缩编码的必要性和可行性
• 1.1.2 运动估计和运动补偿技术
• 1.2 国内外相关领域的研究进展
• 1.3 课题研究内容及论文安排
• 第2章 MPEG2 标准
• 2.1 概述
• 2.2 MPEG2 的系统传输层
• 2.3 MPEG2 压缩图像原理及技术
• 2.4 MPEG2 数据格式
• 2.4.1 视频序列
• 2.4.2 图像组
• 2.4.3 图像
• 2.4.4 组块
• 2.4.5 宏块
• 2.4.6 块
• 2.5 MPEG2 解码过程
• 2.6 本章小结
• 第3章 运动补偿模块的设计
• 3.1 运动补偿简介
• 3.1.1 运动补偿原理
• 3.1.2 预测方式
• 3.1.3 预测场和帧的选择
• 3.1.4 运动向量
• 3.1.5 形成预测
• 3.1.6 组合预测
• 3.1.7 预测和系数数据求和
• 3.2 运动补偿模块的顶层设计
• 3.3 寄存器配置
• 3.3.1 命令寄存器
• 3.3.2 比特流状态寄存器
• 3.3.3 中断状态寄存器
• 3.3.4 用户数据寄存器
• 3.4 运动补偿模块设计实现
• 3.4.1 运动补偿模块的功能
• 3.4.2 运动补偿和其他模块的接口
• 3.4.3 内部模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 运动补偿模块的验证
• 4.1 验证的方法及目的
• 4.2 验证思想
• 4.3 集成验证环境的设计
• 4.4 验证平台的结构
• 4.4.1 命令状态机
• 4.4.2 ISA接口模型
• 4.4.3 系统存储器模型
• 4.5 验证平台寄存器客户端
• 4.5.1 解码图像监视器
• 4.5.2 周期监视器
• 4.5.3 解码图像显示PLI
• 4.6 仿真命令文件
• 4.6.1 比特流语法检验
• 4.6.2 比特流分割
• 4.6.3 图像解码
• 4.7 仿真流程
• 4.8 验证脚本
• 4.9 仿真结果
• 4.10 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 致谢