基于NiosII的低碼率實時H.264視頻編碼器

關(guān)鍵詞： NiosII , 視頻編碼

引言

H．264標(biāo)準(zhǔn)作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是面向多比特率的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，也稱JVT／AVC標(biāo)準(zhǔn)，既可用于高碼率的HDTV和數(shù)字存儲系統(tǒng)，也可用于低碼率的實時通信系統(tǒng)。在相同的圖像質(zhì)量情況下，H．264比H．263和MPEG一4可以節(jié)省20％～50％的碼率。就其基本檔次而言，編碼器的復(fù)雜度是 H．263的10倍左右。H．264良好的網(wǎng)絡(luò)親和性和優(yōu)異的壓縮性能使其成為視頻應(yīng)用的首選，但其巨大的運算量成為許多應(yīng)用的瓶頸。筆者基于 NiosII設(shè)計了一種低碼率實時應(yīng)用的編碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用FPGA的并行設(shè)計結(jié)構(gòu)，對視頻數(shù)據(jù)采用高壓縮比的H．264標(biāo)準(zhǔn)編碼，能很好地滿足低碼率實時編碼的要求。

1 H．264編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)H．264／AVC編碼器原理及結(jié)構(gòu)，同時考慮到現(xiàn)有硬件資源的限制以及該設(shè)計的應(yīng)用需求，設(shè)計了圖1所示的H．264／AVC編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2010-5-24 14:53:19 上傳

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攝像頭攝入的視頻圖像首先經(jīng)過視頻采集模塊處理，并將當(dāng)前幀的圖像數(shù)據(jù)存入SRAM。然后，以宏塊MB(macroblock)為單元，從SRAM中讀取原始圖像，并根據(jù)MB所在圖像幀內(nèi)的位置，讀取重建幀中的參考像素進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測，并將預(yù)測宏塊與當(dāng)前宏塊像素做差即可得到預(yù)測殘差。接下來，對殘差圖像進(jìn)行整數(shù)DCT變換或Had—amard變換，并對變換輸出進(jìn)行量化。量化輸出的殘差圖像一方面通過反變換和反量化處理生成重建圖像供幀內(nèi)預(yù)測作為參考，另一方面經(jīng)過重排序、熵編碼處理得到最終的圖像壓縮碼流輸出。

根據(jù)H．264／AVC標(biāo)準(zhǔn)，將所設(shè)計的整個編碼系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上劃分為圖像采集、幀內(nèi)預(yù)測、變換量化、熵編碼等幾個主要部分。各個模塊之間通過流水線的方式進(jìn)行處理，可以有效地提高硬件的執(zhí)行效率。

2 基于Cyclone II FPGA的H．264編碼器的實現(xiàn)

系統(tǒng)采用SOPC的設(shè)計方式，主要由視頻采集模塊、NiosII處理器系統(tǒng)組成。采用Altera公司的DE2開發(fā)板為開發(fā)平臺，將視頻采集、 NiosII處理器集成到一個SOPC系統(tǒng)中。其中NiosII處理器系統(tǒng)要承擔(dān)圖像采集控制、圖像的H．264壓縮編碼工作。為了保證實時性，在充分分析H．264軟件算法運行時間后，采用自定義模塊對H．264編碼器關(guān)鍵算法進(jìn)行硬件加速。
2．1 視頻采集模塊

視頻采集是視頻圖像處理、傳輸?shù)那疤幔杉降臄?shù)字視頻圖像好壞將直接影響到視頻處理的結(jié)果。圖2給出了圖像處理系統(tǒng)的視頻采集結(jié)構(gòu)。

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ADI公司的多制式視頻解碼芯片ADV7181B對采集的視頻圖像進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADV7181B可以自動檢測諸如NTSC、PAL和SEC0M制式的基帶視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為基于4：2：2取樣的16／8位兼容的CCIR601／CCIR656格式的數(shù)字視頻信號；具有6路模擬視頻輸入端口，且采用單一的27 MHz晶振時鐘輸入；用戶可以通過兩線的I2C接口對ADV7181B的工作模式進(jìn)行配置。

系統(tǒng)上電時，首先使用I2C模塊對ADV7181B的內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置。由于攝像頭輸出的是PAL制式的模擬視頻信號，因此需要相應(yīng)地將 ADV7181B配置為PAL制式的模擬視頻信號輸入，并將其轉(zhuǎn)換為CCIR656格式的數(shù)字視頻信號。ADV7181B將轉(zhuǎn)換得到的實時數(shù)字視頻圖像的亮度信號、色度信號(TD_DAT)以及行、場同步信號(TD_HS／VS)同時輸入到FPGA芯片中，通過圖像采集模塊提取需要的數(shù)字圖像信息，并將其轉(zhuǎn)存至AlteraDE2開發(fā)板提供的具有512 KB存儲容量的SRAM中，用于緩存待處理圖像幀。

下面介紹圖像采集模塊的設(shè)計與實現(xiàn)方法。

根據(jù)上面對視頻采集部分硬件結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計了圖3所示的視頻采集模塊結(jié)構(gòu)框圖?？梢钥闯?，圖像采集模塊主要包含圖像提取、色度取樣率變換、 Y／Cb／Cr圖像分量分離以及圖像緩存SRAM讀寫控制等單元。

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怎樣去設(shè)計一種低碼率實時H.264視頻編碼器？

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2018-07-25 06:00:09

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DM6437怎么實現(xiàn)輸入的視頻通過H.264編碼，然后通過網(wǎng)絡(luò)放送？求幫忙

2018-07-27 08:21:42

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請問怎樣去實現(xiàn)H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)？

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2019-07-29 06:52:57

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2009-09-11 10:54:02

基于NiosII的低碼率實時H264視頻編碼器

筆者基于NiosII 設(shè)計了一種低碼率實時應(yīng)用的編碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用FPGA 的并行設(shè)計結(jié)構(gòu)，對視頻數(shù)據(jù)采用高壓縮比的H．264 標(biāo)準(zhǔn)編碼，能很好地滿足低碼率實時編碼的要求

2009-11-26 15:22:18

基于TMS320DM642平臺的H.264編碼器優(yōu)化

H.264 實時編碼器的研究和實現(xiàn)是目前視頻通信研究領(lǐng)域的一個熱點問題，本文介紹了基于TMS320DM642 平臺的H.264 編碼器的優(yōu)化，重點介紹了基于DM642 的整數(shù)DCT 變換、量化和匹配

2009-12-18 12:13:37

基于H.264的無再損幀內(nèi)編碼

為了在改進(jìn)的H.264 上實現(xiàn)無再損幀內(nèi)編碼，該文提出了一種新的基于整數(shù)線性規(guī)劃的優(yōu)化clip 算法及改進(jìn)算法，解決了H.264 多次編碼中由當(dāng)前clip 模塊和幀內(nèi)預(yù)測運算引入的視頻畸

2010-02-09 14:28:11

基于H.264視頻編碼的自適應(yīng)去塊濾波系統(tǒng)

介紹了H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中的自適應(yīng)去塊濾波系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)原理及其相對于以往去塊效應(yīng)濾波系統(tǒng)的改進(jìn)。并通過仿真試驗驗證了在提高圖像質(zhì)量和降低視頻流碼率上有較好的

2010-02-21 12:12:40

SUNNISKY ENC264HD H.264視音頻高清壓縮

SUNNISKY ENC264HD是一款實用的、且符合 H.264標(biāo)準(zhǔn)的ASI-TS IP實時視頻/音頻的高清HD壓縮編碼器或轉(zhuǎn)碼器設(shè)備。

2010-09-02 21:37:14

低碼率語音編碼MELP的SOPC實現(xiàn)

討論了低碼率語音編碼MELP的編解碼過程，有效降低了語音編碼碼率并能使說話者個人語音特征減弱，特別適合需要弱化說話者語音特點的場合。給出了其FPGA的硬件實現(xiàn)框圖，據(jù)此

2010-12-01 16:57:14

基于ADSP-BF561的H.264視頻編碼器的實現(xiàn)

基于ADSP-BF561的H.264視頻編碼器的實現(xiàn) H.264／AVC是ITU-T VCEG和ISO／IECMPEG聯(lián)合制定的最新視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，是目前圖像通信研究領(lǐng)域的熱點技術(shù)之一。H.264的視頻編碼層(VCL)

2008-12-26 14:43:44

706

H.264視頻編碼基本知識

H.264視頻編碼基本知識一、視頻編碼技術(shù)的發(fā)展歷程　　視頻編碼技術(shù)基本是由ISO/IEC制定的MPEG-x和ITU-T制

2008-12-29 11:41:15

2881

h.264是什么意思

H.264是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動圖像編碼專家組）的聯(lián)合視頻組（JVT：joint video team）開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，

2008-12-29 11:42:47

9293

H．264中二進(jìn)制化編碼器的FPGA實現(xiàn)

H．264中二進(jìn)制化編碼器的FPGA實現(xiàn) 1 引言隨著數(shù)字電視及視頻會議的發(fā)展以及應(yīng)用，H．264由于其更高的壓縮比、更好的圖像質(zhì)量和良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性而

2009-11-04 10:27:29

1386

基于TMS320DM6446的H.264編碼器實現(xiàn)與優(yōu)化

基于TMS320DM6446的H.264編碼器實現(xiàn)與優(yōu)化 1 引言　　H.264是ITU-T的視頻編碼專家組(VCEG)和ISO／IEC的活動圖像專家組(MPEG)聯(lián)合制定的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

2010-02-10 09:20:11

1311

Jointwave發(fā)布的H.264編碼器可實現(xiàn)1080p

Jointwave發(fā)布的H.264編碼器可實現(xiàn)1080p Jointwave發(fā)布的H.264編碼器技術(shù)提供了單芯片HD和超低功耗廣播級視頻— 針對65nm處理器60mW可實現(xiàn)1080p。正如在強調(diào)Jointwave的H.26

2010-01-04 08:41:20

1116

H.264視頻編碼器在DSP上的實現(xiàn)與優(yōu)化

摘要：在DM642 EVM平臺上實現(xiàn)了 H.264視頻編碼器，并從內(nèi)存分配、Cache優(yōu)化、代碼優(yōu)化以及匯編程序級優(yōu)化等幾個方面對編碼

2011-01-10 14:12:14

3203

基于H.264的立體視頻編碼方法

H.264是一種高效的視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它集中了以往標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點?；?b class="flag-6" style="color: red">H.264的高效編碼壓縮技術(shù)，文章研究了塊基立體視頻編碼方法，并對基于H.264, 和基于H.264的立體視頻編碼方案進(jìn)行了

2011-06-10 16:34:09

一種視頻編碼器的實現(xiàn)

本文描述了在嵌入式平臺PXA255上實現(xiàn)新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)h.264編碼算法，并結(jié)合硬件芯片特點和專有匯編指令對原程序進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，實現(xiàn)了編碼器實時編碼的要求。

2011-08-17 09:45:10

920

基于嵌入式平臺的H264視頻編碼器的實現(xiàn)

介紹了基于嵌入式平臺PXA255的h．264視頻編碼器的實現(xiàn)。在描述了視頻編碼器的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計及視頻采集軟件的實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了h．264對視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的一些改進(jìn)以及基于PXA2

2011-09-02 16:41:57

基于Blackfin533的H.264編碼

H.264/AVC是ITU-T視頻編碼專家組和ISO/IEC運動圖像專家組聯(lián)合提出的最新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。筆者使用600MHz時鐘的Blackfin533,對于低、中運動復(fù)雜度的圖像序列,能夠?qū)崿F(xiàn)25幀/秒的實時編碼

2011-09-12 12:52:21

1691

H.264視頻編碼器在DM6437上的優(yōu)化實現(xiàn)

為了實現(xiàn)基于DSP的H.264視頻編碼器的實時性能，提出了一系列優(yōu)化實現(xiàn)方法。首先結(jié)合TMS320DM6437硬件特點，描述了X264代碼向TMS320DM6437平臺的移植過程和優(yōu)化方法，重點介紹了整數(shù)DCT變換

2012-05-22 15:10:25

視頻復(fù)雜度自適應(yīng)的H.264基本單元層碼率控制方法

視頻復(fù)雜度自適應(yīng)的H.264基本單元層碼率控制方法

2015-11-18 16:37:32

基于PowerPC的H.264編碼器中斷處理程序解析

基于PowerPC的H.264編碼器中斷處理程序解析

2016-01-04 15:26:58

基于DSP的H.264編碼器的電路設(shè)計方案

的同時引入許多全新的編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)適配層NAL的概念，從而擁有更高的編碼效率和更好的網(wǎng)絡(luò)適配性。為從低碼率的實時通信系統(tǒng)或無線環(huán)境到高碼率的HDTV和數(shù)字存儲系統(tǒng)提供一個優(yōu)良的視頻壓縮編碼通用工具。但H.264標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)異的性能表現(xiàn)是以編碼運算復(fù)雜度和運算量大為代價，在通用的

2017-10-26 16:34:26

在嵌入式平臺PXA255上實現(xiàn)新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)h.264編碼算法

效率和更好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，在相同的圖像質(zhì)量下，h.264所需碼率約為MPEG.2的36％、H.263的5l％、MPEG-4的61％u-31。這些優(yōu)勢將使h.264在實時視頻通信、廣播電視、視頻存儲播放等領(lǐng)域中得到應(yīng)用M。伴隨著效率的提高，算法的復(fù)雜度也提高很多，因此需要研究h.264的壓縮

2017-10-27 13:22:06

H.264視頻編碼算法的認(rèn)識與理解

　H.264，同時也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動態(tài)圖像專家組（MPEG）聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出

2017-12-01 14:08:13

4342

基于H.264編碼視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸跟蹤評價方法

隨著編碼視頻在網(wǎng)絡(luò)流量中占比的不斷增長，視頻傳輸機制的性能評估變得越來越重要。論文提出來一個基于H．264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)機制的視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)跟蹤綜合評價方法，對視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅茉u估主要從兩方面提出

2017-12-21 15:30:24

利用FPGA的并行設(shè)計結(jié)構(gòu)實現(xiàn)低碼率實時應(yīng)用H．264標(biāo)準(zhǔn)編碼系統(tǒng)設(shè)計

H．264標(biāo)準(zhǔn)作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是面向多比特率的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，也稱JVT／AVC標(biāo)準(zhǔn)，既可用于高碼率的HDTV和數(shù)字存儲系統(tǒng)，也可用于低碼率的實時通信系統(tǒng)。在相同的圖像質(zhì)量情況下，H．264比H．263和MPEG一4可以節(jié)省20％～50％的碼率。

2018-11-19 09:40:00

2141

針對DSP、ASIC與FPGA三種產(chǎn)品平臺的H.264編碼器方案

目前的視頻監(jiān)控行業(yè)，基于DSP的H.264編碼器解決方案占有絕對優(yōu)勢的市場份額，這是由DSP方案開發(fā)周期相對較短的特性決定的。在ASIC或FPGA方案仍處于研發(fā)階段時，DSP方案已捷足先登，并較好地解決了視頻監(jiān)控行業(yè)中H.264編碼器方案從無到有的過程，為H.264在監(jiān)控應(yīng)用中走向成熟立下了汗馬功勞。

2018-10-29 08:21:00

12470

BF561的H.264編碼器設(shè)計

開會的可能。視頻會議系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的電話會議更充分利用了互聯(lián)網(wǎng)資源，從而降低了運營成本。視頻編碼器是視頻會議系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。目前視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)有H.261、H.263、MPEG4和H.264等。新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264與以往標(biāo)準(zhǔn)相比具有壓縮率高，網(wǎng)絡(luò)親

2018-11-28 12:24:01

345

AVS編碼與DSP實現(xiàn)的視頻編碼器

自主知識產(chǎn)權(quán)的音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。與世界其他知名音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，它具有如下特點：①性能高，編碼效率比MPEG2高2倍以上，與H．264的編碼效率相當(dāng)；②算法復(fù)雜度比H．264低；③軟硬件實現(xiàn)成本都低于H．264；④專利授權(quán)模式簡單，費用明顯低于同類標(biāo)準(zhǔn)。在碼率和PSNR相當(dāng)?shù)那闆r下，AVS的編碼速

2019-01-31 00:21:02

565

視頻編碼器的介紹以及視頻編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域

編碼器MT-BM001是一款HDMI接口專業(yè)的高清音視頻編碼器，該產(chǎn)品支持1路高清HDMI音視頻采集功能，編碼輸出H.264/H.265格式，音頻MP3/AAC/G711格式。編碼率可調(diào)，幀率可調(diào)

2020-07-02 11:49:29

1708

矽海達(dá)科技SUE3 SDI H.264編碼模塊介紹

低延時H.264音視頻編碼，最大支持1080P@60實時視頻編碼

2019-11-19 11:12:49

1824

矽海達(dá)科技SUE2 H.264編碼模塊介紹

低延時H.264音視頻編碼，最大支持1080P@60實時視頻編碼

2019-11-19 11:15:24

1603

【轉(zhuǎn)】為什么H.265編碼優(yōu)于H.264編碼？

我司最近的新產(chǎn)品都能支持H.265,越來越多的輸入視頻信號都采用了H.265的編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264編碼的逐漸減少，為什么H.265會流行？H.264和H.265有何不同？今天我們就來給各種施工

2020-05-21 14:56:33

1965

Socionext開始提供基于AWS的H.264視頻編碼器

SoC設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商Socionext Inc.(以下“Socionext”)宣布，成功開發(fā)了一款基于Amazon Web Services(以下“AWS”)的高速、高畫質(zhì)視頻編碼器“H.264 Encoder on AWS”。

2020-10-12 13:49:59

2815