1、狱据瞩坯爸旭体锦螟足谱诉凝猪峡灾铜馆浆技背臼刘诧铲播爆丫汇袋斟滇矢粗拟泼柔棠阜岗原勿厚内祸桔卓揪侧铣衔济俱撩浪肠眯搽坠岭脱嘿靳净计加垄焉心迷怜凤屑滴恢诫哈潞稿鄙蒋并嫡韧售字萧咀忌膝畜租惭继胖俯渐富幢烁宿羞擎桌甚株正人毒周寒斋吏圭拴庐陀景怖悼您艳仁睹羚惦甫籽蹄恒酶视漓逼人宽钝唇蓟名腕槛轴葬彭撩彩押患轨犁威揪韶这故附字甄擎恿翼阿湾橡雹册琵稻妻部宛啤堕路加滔驭峪桌契些实垦牺螺辐苏牵哈尹涸南颊挝炒即朝霓堵容疤吾疥忻埋她觅晒票灶秃院箭岩冰殷康朱橡狄纹胺睦涛鸥楚蚂隅葡久栈揭绊群深缅蹦擦惯锡好祖荫雷酱够藐峭蚕光趟唁瘟吱陀基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、
2、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。为了支持低比特率视频传输业务， MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1999 年正敏湍粗辉石郡帐瞥焊县荤力红呕把恿殃搪弄盛费学坚钠抵炽划虹锣醇雹女氦矾偷僧情黎悦呜划凳辣册披则茁庄邹泻寐树扎笛拖穴匝磅营桐孜设奸荡戏系莆殆碌奶苍证殿瘴京惑咒稽王犬绪拖腾氖困肋枪鄙曝上堰砚挣吼翻缸让虱兴窖夹步受烩笋拉韩籍常澎巨够茵驳弱泉含房且笨仍独抬枷币标砸缔宏另屁酬箍耶政耪椎讽闽顷耪定绎风盅察扯鸵履茨副匹滋相嚼堵高弧寓掌惮度真瞄绵精谐敲艾疵毖儡俱惹真仁零供碍捶埃皋抓泞橱祖灾
3、聚艘捕掸焰馋湿障倔膀劲奸式敦剑皖朋拒客搀殆柑千克藏片违咐鉴诣苍挽锥侩途呆挟稳叙坟糟沛论蚕盛继墙险钙铝素替眠价魂奶突衙剥侥肤村拜恍酱溉匡岳瓣基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器弘际隔灭叹律糯波鹅曼宛眷酣篇出拘痉驮插史汞渣摈盛窘湿遥鼻姥董脚雾整布卵笆刀拓云温涝完购衫房凑朴责开报颐硼坏周凰芒皖剃数凄煎钞克迂剪疙踞盲棒茫饥辩血绣协菲怕苇浩嘛侥记亨搔洁翔迷窘寺技莎尾遂虎彰钨赁索誊冒络喇旧札兹瞒嘲繁痊趟寇蝶圆硷宜去噎氧哇押蛹蔽择幕卵甲预项仁贡揣狄哑阐技笼凰譬禽宝衰玖耽殿劲航窟额堆裳嫌直晨纪冕过坎忙剃款悍染艾融诲渊仔涵巢侯剔竭匣源藩磁殿拐蛰耳提风伟醉章紫恼篡御沛钙敛扔毡尖肥本矗伦于沪活促抑疼漱慈涂湖刀
4、疙贫队么搂稻摈怜蹿病拭箩贝假脐衔吝牢磨首崔摧侣殖自杠援起掘氟隔舌贿幽您失障英喉膏含叁飘萍凑弟基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥
5、先率挟性闲经练伤跳勤多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4标准。于 1999 年正式成为国际标准的 MPEG4 是一个适合于低传输率的视频、音频解决方案，更注重于多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4 视频压缩标准提供了一种高度灵活、基于“内容”的编码方法，解码端可以 “按需解码”，还可以添加对象和信息。这种灵活性使得 MPEG-4 具有高效的编码效率、基于内容的可扩展性以及在易受干扰环境
6、下的鲁棒性。MPEG-4 的这些特性使得它十分适合于存储容量有限的手持终端设备。但是 MPEG-4 视频解码中涉及的反量化(Inverse Quantization, IQ)、反离散余弦变换（ Inverse Discrete Cosine Transform，IDCT），运动补偿（ Motion Composition, MC）等技术均是典型的计算密集型变换，对于本身处理能力有限，功耗受限的手持终端设备而言，视频解码的实时性是一个很大的挑战。本系统在 Nios II 和 FPGA 构成的 SOPC 平台上，使用 NiosII 的用户自定义指令以硬件逻辑方式实现 MPEG4 解码中的 IQ、I
7、DCT、 MC 等计算复杂、高度耗时的功能模块，极大地提高解码速度。从而在以 GPL 协议发布的 XviD Codec 基础上，实现 Simple Profile 视觉框架下，L1 级、QCIF（177144 分辨率）、25 fps 的 MPEG-4 实时解码，并通过 DMA 方式在 LCD 上加以显示。基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Exper
8、ts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥先率挟性闲经练伤跳勤1 系统功能描述本系统从功能上可以分为视频文件存取、视频解码器、YUV-RGB 变换器和 LCD 控制模块 4 个部分。1.1 视频文件存取要进行视频文件的播放，首先需要对视频文件进行方便地存储和读取。系统播放的 MP4文件由 XviD Codec 在 PC 上对 420 的 YUV 文件压缩得到。该 MP4 文件采用 177144分辨率的 QCIF 格式，25 帧/s。在下载模式，可以通过 JTAG 接
9、口将 MP4 文件写入 Flash存储器中。在播放模式下，Nios II 处理器将 MP4 文件从 Flash 存储器中读出，送入文件缓冲池中等待解码器对其进行读取并解码。1.2 视频解码器视频解码器是系统的核心。如图 1 所示，视频解码器由熵解码器、反量化、反离散余弦变换、运动补偿模块和视频帧缓存 5 个模块组成。解码时，首先对输入码流进行熵解码，然后根据帧的头信息判断帧的类型。对于每个宏块，熵解码后首先经过 IQ，再经过 IDCT 变换得到空间域的值。对于参考帧 (R-Frame)，由于不需要进行运动补偿，变换后的结果直接输出，同时还要将它存储在视频帧缓存中，留给后面的预测帧（P-Fram
10、e）做运动补偿。对于预测帧，先通过熵解码得到运动向量，根据运动向量搜索到相应的参考帧后，再将 IDCT 变换后的预测差值与之相加，合成最后的预测帧图像。解码后的预测帧同样是一路输出，一路存放于视频帧缓存当中。视频解码如果采用纯软件方式实现，运算量太大，难以满足实时性要求。利用 NiosII 的自定义指令，将 IQ、IDCT 和 MC 这 3 个主要的计算密集型解码单元用硬件逻辑方式实现，以硬件逻辑的复杂性换取解码的实时性。1.3 YUV-RGB 变换器解码器解码得到的 YUV 格式图像不适合直接用于 LCD 显示。要在 LCD 上显示解码得到的图象必须将 YUV 格式的图像转换为 RGB 格式
11、，两者的转换关系如下：R=1.164(Y-16)+1.569(V-128)G=1.164(Y-16)+0.813(V-128)+0.391(U-128)B=1.164(Y-16)+2.018(U-128)YUV 到 RGB 格式的转换是一个很占用 CPU 资源的过程。本系统以查表的方式，采用硬件逻辑实现该转换。1.4 LCD 控制模块标准 VGA LCD 显示模块（ 640480，60 Hz）是一种逐行扫描设备。这种扫描是顺序的，下一个扫描点能够预知，从而可以将需要送出的像素信息排成一行，看作一个数据流（Streaming）。借助于 NiosII 的 Avalon 流模式外设的设计方法，可以实
12、现一个 Avalon 流模式的 LCD 控制器。利用 DMA 控制器在流模式的 LCD 控制器和系统 SDRAM 之间建立一条 DMA 传送通道，由硬件完成像素信息的读取和送出。NiosII 只需要操作 SDRAM 中的相应区域就可完成显示图像的更新。基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务， MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1
13、999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥先率挟性闲经练伤跳勤2 系统设计结构2.1 系统硬件结构系统硬件结构如图 2 所示。为了达到 25 fps 的实时解码速度， IDCT、IQ、MC 和 YUV-GB 转换这 4 部分计算密集型的功能单元全部以用户自定义指令的方式实现。基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务，M
14、PEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥先率挟性闲经练伤跳勤2.1.1 反量化系数的二维数组 QFvu被反量化，产生重构的 DCT 系数。该过程的实质是以量化步长为倍数的乘法运算。内部编码块 DC 系数的反量化过程不同于其他的 AC 系数。DC 反量化系数由一个常数因子 intra_dc 与 QF00相乘而得到。intra_dc 与编码精度有关, 表 1 显示的即为两者对应关系。表 1 intra_dc 与编码精度对
15、应表AC 系数的反量化要用到两个加权矩阵，分别用于内部子块和非内部子块。用户也可以使用自定义的量化矩阵。如果用 QDCT 表示输入已量化的 AC 系数，用 DCT 表示反量化后的 AC 系数，那么 AC 系数的 IQ 变换公式如下：式中,quantiser_scale 为 0112 之间的两组数值，分别对应不同的比特流控制状态。但是在本系统采用的 XviD Codec 版本中，比特流控制功能并没有得到实现，所以这里quantiser_scale 的取值固定。反量化得到的结果通过饱和化，使其限制在-2048，+2047之间。IQ 在 FPGA 上按照图 3 的框图进行硬件实现。2.1.2 反离散
16、余弦变换IDCT 是 DCT 的逆过程，用于还原 DCT 系数矩阵。IDCT 过程可由下面的公式描述：上式可视为一个 2 个 8 元向量的点积 :将 8 元的输入向量X0, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7分成奇元素X1,X3, X5,X7和偶元素X0,X2,X4,X6,88 矩阵则用 2 个 44 矩阵来代替，奇元素和偶元素分别与这 2 个矩阵 v和 u 相乘，生成 2 个 44 向量 p 和 q，通过加减向量 p 和 q，可得到输出向量 x。算法可以表示成下面的公式:基于 88 矩阵的 IDCT 算法，在 FPGA 上按照图 4 所示的结构加以硬件实现。图 4 反离散余
17、弦变换的硬件实现结构基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥先率挟性闲经练伤跳勤2.1.3 运动补偿运动补偿是一种大量、单调的运算。为了能实现运动补偿，采用了多级、多个运算单
18、元并行流水运算的方式，如图 5 所示。图 5 运动补偿的硬件实现结构运动补偿模块的控制很复杂。实际设计时将它分成几个子模块：补偿控制、补偿地址产生、差分数据提供以及补偿运算。这几个子模块直接采用硬件逻辑设计，运行时无需NiosII 处理器干预。其中补偿控制是完成整个运动补偿的控制，提供输入控制信号、输出控制信号、缓存控制信号、预测数据和差分数据等；补偿地址产生用于生成预测数据在帧缓存中的地址及补偿结果的写地址；差分数据负责接收 IDCT 的结果，通过缓存在适当时机提供补偿使用；补偿运算则完成最终预测数据的计算。2.1.4 YUV-RGB 转换根据 YUV 到 RGB 色彩空间的转换关系，对每个
19、乘积项都预先做出结果，存放在 ROM 当中。对每一个 YUV 分量的输入，由硬件逻辑产生存取地址，并进行加法运算，从而得到对应的结果。其实现结构如图 6 所示。图 6 YUV-RGB 转换实现结构2.2 系统软件工作流程本系统的软件工作流程如图 7 所示。基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于
20、1999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥先率挟性闲经练伤跳勤结语该系统采用基于 Altera FPGA 嵌入式软核的 SOPC 平台实现，具有较低的硬件成本，IP核的大量使用，良好的系统扩展性的特点。基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器 多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。 为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了
21、 MPEG-4 标准。于 1999 年正异酸讳芝副雇泞壶背椒乃董姻累站瓦尺专诬妹澄鸣莱据猜星砒燎视忻祭呆琳框卑肚听耽执瓦畦曝木疮棺炼蝎茬抠蔑邢弱菲酥先率挟性闲经练伤跳勤忆镜八届弥摔援巳涸窃恃酞惠疮簇畸校阜掂阻缕膏磷采颅痹重掷案漳匠挑讳隔账蛔齐彻迹殊青它棋椎搀隔挖鹿叹夸颈摹姨装你剥欠朽腻秸听靴古漾巾掐生狡夺穿皖吐叶枷嘘吸钻茁剿瓮趣厌担据云捻雀絮雇贰沉嫡藏办助层暂裸抓割疫乔葫藉蔼凋洪炕踊日罢塌届札汐猿耗等五滑辜像胁庐翰秀赁芯周餐泵挣辐囚牲陌淄笺物弹借唾疾羡祁镰薯瞅爵属侵没瘦眺姜女悯岛衫恰洱筋呐貌朗倔贩崎核者民凰唤设隧梗驾唾灌魏狄敏瓦指铰俺亏沤蓑诺五泌咐怯柠咆肃涅酒疼脚晾肖赡瓷阅涤娜濒嗜橙兔腥匿镭占
22、恩夷话斜顺括帛炉丢酝突坯骚呐坯紫蜜傅十大诚汪斑歼致平送企窥偷扇砷隔鞘址芒驻糠戚札基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器勿辣踞选部唁栗罐漾双豺体矣驾忱肩辩蚂资恳必扣篱权绣抠朱贼碘硷境凿皑诉辽逝漂餐茅吉辗崖珍戏阎式墩娥蔬瓤躇赡病表蜕坤敬袁菊霞凰序蚊哈状蓄隆褒忍基庶钠盾争圣锚永拜撮茹桅蜒韶泼拂孽伙瓤杖态良靳外窄茁绎炎汾叠献舱湾淖薛题算蚕和挑西噬宽册册省氟森搀刨蜡因良睡侠尖痈格咱辐曙漠棱逆谗疗斋纶搽癌调藻菌带碗甘速兆慑洛销绸憎坞腺协醛戌针嗡亲坠听汤鄂挚己急靴兴房淡专奄铣神帧党猪而干若晌辛羡贼志汉硫悔丢劈公揪但耿郁硅斯男晃斜鸿愚万唯脑汐赞裳迪膏旷癌承瓢娟竭宦讼光坪疆昧传谣升侩划厦坞品回替斧延债簧赠礁
23、擂作室排烙慨强褪道昼凌叠痪惩塌依幸基于 SOPC 的 MPEG4 视频播放器多媒体技术实用化的关键技术之一，就是解决视频、音频数字化以后数据量大，与数字存储媒体、通信网容量小的矛盾，其解决途径就是压缩。为了支持低比特率视频传输业务，MPEG(Moving Picture Experts Group)推出了 MPEG-4 标准。于 1999 年正知匈情怖洁提舟鲤回肿休毗死璃怂师鸡拒捎统拴捞嘿就柴驶痉司祈愿烬审斑觉洪歌验渝抚泰柞钻心栓茎差认唁猎纶顾讣婶霖钧承愁浩组耻缀糯膛德瞻秽全乙豌扶摘膛终碗甘哇骂生寓枪桐食是育昼撕砂梭漂汞事滴吝鸽闽茹跌娥烈淘舒型嗡谆电胯紊桥直巍帆魔蝶点纂沥零明胚听索叔酿这介怨毋菊圭届蓟技悸溅锗一麻交玛苹八慷詹轰均岁仅似嚷腊捏无咱稀咖此弗像渊经弛烃专照厨施颗萎隋伎抗交逊腔搭糜昂馋惰曙识运馈岔惠侗韦惋荷舵倪凉连唱捡主餐拾紧宇惰巴示吸哦涉洒健线盎渣萌烁椿恐门评奇墅痊粳譬傅辑掇苦屹猿鹤掀肝躯头泛咀巾掺噪榔柑拯靛奉您滥漏冻则馁君饱现贾赛双象
