基于FPGA的DNxHD视频编码系统的研究与实现

更新时间：2020-03-26 06:47:15 大小：6M 上传用户：守着阳光1985 查看TA发布的资源 标签：fpga 视频编码系统 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

DNxHD是由Avid公司独立开发的高清视频压缩编码算法，主要应用于广电行业后期制作中。2009年4月，国际SMPTE协会正式将DNxHD编码确定为VC-3标准的基础格式，推动了高清后期制作和高清广播电视发展的行业标准化。与摄像机输出的原始数据相比，DNxHD占用的带宽和存储资源更少，使得在高清节目制作中用网络化的环境来取代过去的僵化的线性编辑流程成为可能;与其他编码标准相比，DNxHD拥有解码后更好的画质。

目前包括中央电视台在内的众多国内外电视台将Avid DNxHD用于后期高清节目后期制作。由于高清视频原始数据量大，直接进行记录是不现实的，因此在大部分情况下摄像机采集后记录在硬盘或磁带上的视频素材是经过压缩的，如果摄像机的压缩格式与后期处理的压缩格式不同，那么在后期处理之前还要经过一个解码再编码的过程，这个过程无疑是会造成数据丢失的。为了制作出图像更精美的视频节目，有必要保持前端与后端码流的一致性，这就需要一种能够便携、实时进行DNxHD编码的解决方案。由于专业领域不同于民用领域，目前市面上没有针对DNxHD编码的专用芯片。随着技术的发展，图像传感器的分辨率越来越高，基于单片机的方案对于高分辨率视频数据无法满足实时处理的要求。FPGA由于其自身的特点很适合进行视频相关的处理，目前国外有厂商推出了采用FPGA实现DNxHD编码功能的知识产权核，但是其硬件实现处于技术封锁状态;国内针对这方面的研究才刚刚起步。因此研究DNxHD编码的FPGA实现具有深远意义。本文主要对DNxHD编码算法进行了研究并进行改进从而适合在FPGA上实现。

本文研究的目标就是开发一种能够便携、实时进行编码的解决方案，这种解决方案区别于目前应用的比较多的基于PC机的DNxHD编码解决方案，这种解决方案一般具有性能稳定、低功耗、低成本等优点。

本文以摄像机产生的实时高清视频序列为研究对象，深入研究了高清视频图像的DNxHD编码算法，分析了其中的宏块生成、之字型扫描、量化、离散余弦变换以及码率控制及编码算法，结合FPGA特点对对算法中不利于硬件实现的部分进行改进。在离散余弦变换部分，利用离散余弦变换的行列可分离性、三角函数周期性与矩阵系数的对称性，最终使用八个乘法器和八个加法器实...