《数字电视解码器的设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电视解码器的设计与实现（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 数字电视解码器的设计与实现 姓名：谢超群 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：胡迎松 20070602 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 随着数字压缩技术和 Internet的发展，广播电视数字化得到了飞速的发展。如何 接收、播放数字广播电视节目也成为一个很有前景的研究课题。 设计一个低成本的、可兼容多种视频解码协议的数字电视接收和播放系统，对 解码器IDCT算法的实现优化技术进行研究。 播放系统采用微软广播驱动体系 （BDA） 框架开发，软件开发平台采用微软的 DirectShow。数字电视播放系统的核心是视频 解码器的设
2、计。系统采用了一种基于 FPGA、能将多个标准的视频编解码器的运算和 存储单元复合在一起构成一个通用可配置的视频编解码器架构，这种架构通过自定 义的配置可以完成多种视频标准的解码任务。 解码器先对视频码流进行可变长解码（VLD）处理，将其分成跟运动向量相关 的数据和系数数据。接着系数数据依次进行反向扫描（IS） ，反量化（IQ）和反离散 余弦变换（IDCT） ，而运动向量送往 MC 部分进行运动补偿变换。解码器 IDCT 反离 散余弦变换采用一种计算复杂性较低且具有规则运算结构的递归分解算法实现。在 递归分解算法中借用了 chen算法的特点，通过换序矩阵的依次递归变换，可以减少 运算量，实现算
3、法的优化处理。 该视频播放系统在 ARM ADS 平台上对优化后的解码算法进行了速度验证。实 验结果表明，优化的 IDCT算法能够有效的降低 IDCT、量化和反量化的运算量，提 高编码器处理速度，而不会导致明显的图像质量的下降。 关键词：数字电视;视频解码;反离散余弦变换;递归分解 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the development of data compressing technology and Internet, broadcast television digitization has got the developmen
4、t at full speed. How to receive and replay broadcast television programs on personal computers has become a promising research topic. This thesis concentrates on the design and implementation of a low- cost system receiving and decoding digital video with different standards. Also, it provides the i
5、mplementation and optimization of IDCT algorithm. The system is developed on a Programmable Chip (SOC) with BDA framework, which software platform is DirectShow. The key design for digital television system is decoder, which leads to a new hierarchical reconfigurable architecture based FPGA. The dec
6、oder consists of a few arithmetic units like ALU and storage, and takes the task of decoding the video stream of different standards by reconfigure. In decoder, the video stream is divided into motion vector and coefficient data by VLD. The coefficient data is processed by zig- zag scan, Inverse Qua
7、ntizer, and Inverse Transform. The motion vector is converted by Motion Compensation. Also, it provides the detailed analysis and optimization of a recursive decompose algorithm with higher efficiency and regular structure, which is specially applied in the computing of IDCT. The design of a video d
8、ecoder is implemented, and quantitative analysis to the performance of the system is made. The testing result on the ARM ADS platform shows that the basic function of the decoding system has been performed, it can improve the performance of the system. Key words: Digital television ;video decoder ;I
9、DCT ;Recursive decomposition 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文
10、的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论 数字电视是指从电视节目采集、制作、编辑、播出、传输、用户端接收、显示 等全过程的数字化系统。 随着信息革命的深入，电视、计算机和通信业务正在相互渗透，朝着“ 融合” 的 方向发展。因此，数字电视的发展受到各方面的特别关注1。数字电视的技术优势必 然会取代模拟电视，数字技术的应
11、用会使电视技术开辟一个新天地。总之数字电视 为电子信息产业提供了一个难得机遇。从模拟电视广播向数字电视广播的过渡，将 带来上万亿元的市场，它必将成为我国新的经济增长点。 1.1 课题来源与意义 在有线电视网络中实现数字电视业务十分简单，可以在不影响原有模拟电视业 务的基础上，把数字信号通过网络传输到用户家中，用户端通过一个解码器（俗称 机顶盒 STB）就可以在模拟电视机上收看数字电视2。 课题主要目的就是要设计了一个可以在个人电脑上方便地接收、播放数字电视 节目、兼容多种协议的视频解码的数字电视播放系统，并对其解码算法 IDCT进行优 化。 首先，研究设计一个低成本的、可以在个人电脑上方便地接
12、收、播放数字电视 节目、兼容多种的视频解码协议、采用 USB接口的数字电视播放系统具有广阔的应 用前景。 随着个人电脑的日益普及，如何以更低的成本实现在个人电脑上收看数字电视 节目就成为很多商家关注的问题。可将机顶盒的前端接收和后端处理分开进行，独 立实现其前端接收，即通过数字电视外置前端接收装置实现电视信号的放大，选台， 噪音过滤，信道解码。然后将前端装置处理的信道解码通过 USB接口传输到个人电 脑上，再通过个人电脑上的软件进行音视频解码的实现，通过显示器显示。该项目 就是通过特定的DVB- T外置前端接收设备实现中等档次个人电脑正常播放数字电视 节目，不仅可以提供高质量的音视频节目,而且
13、还可以提供丰富的数据业务，并且会 形成一个巨大的产业，具有广阔的市场前景3。 数字电视播放系统的核心是视频解码器的设计。视频解码器的设计的目的是要 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 求解码器能对不同协议的视频编码进行解码。 AVS、 H.264/AVC 等新标准出台以后， 市场上存在的视频编解码标准更加多样化。 在未来很长的一段时间内，不同标准，不同格式的数字视音频编解码技术和集成电 路产品将长期存在。如何使支持这些标准的设备之间进行交互，如何使一种终端能 够兼容多标准的视频信号，成为需要解决的问题。 对于前者，目前一个通常的解决办法是用转码技术将一种标准的码流转化为另 外一
14、种标准的码流，但这样会引起视频质量的下降；对于后者，可以在一台终端同 时配置多种视频编解码器实现多标准信号兼容，但这样会使终端的成本成倍增加。 为了解决解码兼容性的问题，本课题设计了一个将多个标准的视频编解码器的 运算和存储单元复合在一起构成一个通用可配置的视频编解码架构的方案。这种架 构通过自定义的配置可以完成多种视频标准的编解码和转码任务。这种方案的优点 是：用尽量低的成本实现多标准兼容和多设备互操作，同时克服了转码带来的视频 质量下降的问题。 1.2 国内外研究概况 所谓数字电视，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二 进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输
15、、存储和记录，也可以 用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原 有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技 术进入崭新时代。 数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传 输技术的新一代电视。它具有许多优点，如：可实现双向交互业务、抗干扰能力强、 频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远 程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。 1.1.1 数字电视播放系统 数字电视系统由三大部分组成：信源部分（发送端） 、信道部分（传输/存储）和 信宿部分（接收端） 。其中信源部分的重点是信源（图像/声音/数据）的压缩编码和 数字多路复用；信道部分的重点是纠错编码/数字调制，采用数字通信技术，以便于 数字信号的传输和存储；信宿部分的重点是解调制/解纠错编码和解复用/解压缩编 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 码。 数字电视系统结构框图如图 1- 1 所示。 图 1- 1 数字电视系统结构框图 （1） 视、音频信号的压缩编码部分和解
