面向視頻解碼應(yīng)用的SOPC系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科技發(fā)展,視頻應(yīng)用不斷地得到普及,改變著我們的生活、交流和工作方式。而未經(jīng)壓縮處理的視頻數(shù)據(jù)量往往很大,不便于存儲(chǔ)和傳輸,因此需要進(jìn)行視頻壓縮編碼來(lái)減少冗余信息。而 H.264是常用的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)之一,它具有壓縮率高,信噪比高等優(yōu)點(diǎn),尤其適合低碼率視頻應(yīng)用場(chǎng)合。H.264視頻解碼有多種實(shí)現(xiàn)方案,常見(jiàn)的有基于通用處理器、基于ASIC、基于DSP和基于GPU等。本文則基于FPGA采用SOPC的方式實(shí)現(xiàn)H.264視頻解碼。SOPC具有軟硬

2、件均可編程的特點(diǎn),設(shè)計(jì)靈活度高,非常適合用于SOC系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)。
　　本文先對(duì)H.264視頻編解碼技術(shù)和基于FPGA的SOPC開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行介紹。然后以在Xilinx FPGA上實(shí)現(xiàn)H.264低碼率視頻解碼為目標(biāo),分析了基于軟件解碼和基于硬件解碼的兩種 SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。其中,基于軟件解碼的 SOPC系統(tǒng)是由PowerPC處理器執(zhí)行軟件解碼程序來(lái)完成H.264解碼功能;而基于硬件解碼的SOPC系統(tǒng)是由特定的硬件電路模塊來(lái)完成H

3、.264解碼功能。
　　在基于軟件解碼的 SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,深入研究了 Xilinx的 PowerPC440、Crossbar、MPMC和tft controller等IP核,并在XPS開(kāi)發(fā)環(huán)境下,利用這些IP核搭建了一個(gè)能運(yùn)行操作系統(tǒng)和支持視頻輸出顯示的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)。通過(guò)在基于PowerPC的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)上移植Linux操作系統(tǒng),并在Linux上運(yùn)行開(kāi)源軟件解碼程序MPlayer,用軟件方式實(shí)現(xiàn)了H.264視頻解碼

4、和輸出顯示。
　　在基于硬件解碼的SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通過(guò)集成第三方H.264硬件解碼IP核,用硬件方式實(shí)現(xiàn)基本檔次(Baseline Profile)的H.264視頻解碼,軟件部分完成視頻輸出顯示。本文基于 Modelsim對(duì)第三方 IP核的功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證,然后詳細(xì)討論了在XPS中集成自定義IP核的過(guò)程,包括實(shí)現(xiàn)PLB接口,建立IP核目錄和利用ChipScope進(jìn)行調(diào)試等方面。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,利用第三方硬件解碼IP核,能完成基本檔