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1、分类号 UDC 密 级 学 号硕士学位论文硕士学位论文H.264 运动估计算法的研究与运动估计算法的研究与 FPGA 验证验证学学 科科 名名 称：称： 电路与系统电路与系统 学学 科科 门门 类：类： 工工 学学 指指 导导 教教 师：师： 申申 请请 日日 期：期： H.264 运动估计算法的研究与 FPGA 验证 摘要i论文题目论文题目：H.264 运动估计算法的研究与运动估计算法的研究与 FPGA 验证验证学科专业：电路与系统学科专业：电路与系统研研 究究 生：生：摘摘 要要随着互联网的飞速发展，人们的生活中充满了各种多媒体技术。2003 年 3 月份，ITU-T（国际电信联盟）颁布了
2、 H.264 视频编码标准。H.264 是一个新的数字视频编码标准，这个标准下，可获得比以往标准都高的编码效率，满足低带宽、高质量网络视频应用的需要。为了达到实时性，对视频编码技术提出了更高的挑战。作为视频压缩编码中运算量最大也最重要的一部分运动估计，它能有效去除视频信号中存在的大量的时间冗余和空间冗余，使视频数据得到高效压缩，这是能够解决实时性的关键，也是视频压缩编码标准中的一个重要研究方向。在分析了运动估计几种典型的算法，结合前人已有的硬件结构的基础上，结合高性能 VLSI 设计实现的特点，提出了一种改进的脉动阵列及流水线相结合的全搜索块匹配的整像素运动估计结构，并完成了其 VLSI 设计
3、。先简要描述了 H.264 标准及其性能，对块匹配运动估计原理和相关参数对运动估计效果的影响进行了详细的介绍。接下来对全搜索算法和几种快速搜索算法作了一一介绍。然后重点介绍了两种脉动结构 ：1-D 和 2-D ，阐述了各自的优点和不足。由于搜索区域中的相邻参考块之间有一定的数据重叠，为了重用这些重叠数据，提出了本文的数据流，根据数据流的特点给出了相应的硬件结构，采用串入并出的流水线，提高了计算速度的同时也大大减小了 I/O 带宽。最后利用 FPGA 的分块设计思想，先详细的划分了全搜索运动估计算法的各个功能子模块，编写了各个子模块的 Verilog 代码，并分块进行了功能仿真，子模块仿真通过后
4、，把所有模块综合起来，进行了仿真。通过分析仿真数据，证明了本文设计的全搜索运动估计模块能够正常工作，并且能够实现全搜索算法的功能，输出正确的运动矢量。关键词关键词：H.264；视频编码；运动估计；VLSI；脉动结构西安理工大学硕士学位论文iiAbstractiiiTitle: THE RESEARCH OF H.264 MOTION ESTIMATION ALGORITHM AND FPGA VERIFICATIONMajor: Circuits and SystemsName: Yang Liu(Signature: )Supervisor: Associate Prof. Shijie Q
5、iao(Signature: )AbstractWith the rapid development of the internet, multimedia technology in peoples daily lives has been more widely used, multimedia communications is one indispensable part of daily life. In March of 2003, ITU-T ( International Telecommunication Union ) issued H.264 video coding s
6、tandard. H.264 is a new digital video coding standard, this standard has a high coding efficiency, it is suitable for high quality network video and low-bandwidth applications. In order to achieve real-time，video coding technology faced a higher challenge. As video compression coding in computing th
7、e largest and most important part - motion estimation, it can effectively remove the use of the video signal in the presence of a large number of temporal redundancy and spatial redundancy and compressed video data efficiently, real-time requirements is a solution bottlenecks, which is an important
8、research direction of the video compression.Based on the analysis of integer motion estimation algorithm and architecture, combined characteristics of high-performance VLSI design and implementation, suggested an improved pipelined systolic array and a combination of full-search block-matching motio
9、n estimation structure of integers, and completed its VLSI design. Firstly，described the H.264 standard and its performance briefly. Detailedly introduced the block-matching motion estimation principle and some relevant parameterss effect on the result of motion estimation. Secondly, introduced the
10、full search algorithm and several fast search algorithms.Thirdly, presented two kinds of pulse structure :1-D and 2-D and their respective advantages and weaknesses . In order to reuse the overlapping data among the adjacent reference block data in search area, put forward the data stream，gave the s
11、tructure according to the characteristics of the data stream, used the pipeline operation to improve the computing speed and reduce the I/O bandwidth greatly.Finally, through the FPGA block design thinking, devided the full search motion 西安理工大学硕士学位论文ivestimation algorithm into many functional sub-mo
12、dules，Write the Verilog code for each sub-module, after function simulation of sub-modules，synthesized all the sub-modules and simulated.Analysysed the simulation data and proved the design of full search motion estimation module can work properly, be able to realize the full search function and output correct motion vectors.Key words：H.264; Video Coding; Motion Estimation; VLSI; Pulsating Structure目录i目 录1 前言.1 1.1 研究背景与意义 .1 1.2 国内外研究现状 .2 1.3 论文的主要研究内容和章节安排 .3 1.3.1 主要研究内容 .3 1.3.2 论文的章节安排 .3 2 运动估计算法的介绍.5 2.1 H.264 标准概述 .5 2.2 运功估计技术的概述 .
