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视频压缩IPcore设计
摘要：介绍了一种基于FPCA技术的视频压缩IPcore(Intellectual Property core，智力产权)设计。设计中综合运用了分布式算法、并行运算和流水线单元，通过VerilogHDL(Veriog Hardware DescdPtionLanSuage)硬件描述语言描述运算单元及其结构配置。整个系统能在27MHz系统时钟下工作。现行的视频压缩标准有多种，但基本属于以下两大类：视频会议标准和多媒体标准。视频会议标准包括ITU(Intemational Telecommunication Union)的H．263／H．261等。这些标准主要采用了基于DCT(离散余弦变换)编码、运动补偿等技术，使视频流能以Nx64kbps(N=1～32)的速率传输。
多媒体压缩标准主要包括：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等，由CCITT和ISO的动态图像专家组(MotionPicture Experts Group)制定。MPEG-1主要应用在以CD-ROM为介质的视频上，比特率为1．5Mbps。MPEG-2应用在NTSC／PAL和CCIR601中， 比特率为2～10Mbps。MPEG—1和MPEG—2的目的都是有效传输和存储音视频。而MPEG-4是为了提供更有效的视频压缩，基于内容提供广泛的接人方式。它既可以在5-64kbps的移动电话和公共交换网中应用，也可以在4Mbps带宽的电视中应用。
JPEG(Joint Photographic Experts Group)标准是一个适用范围广泛的通用标准，由联合图像专家小组制定。它不仅适用于静止图像的压缩，也适用于电视图像序列的帧内图像的压缩[1]。
近年来，随着FPGA技术的日益成熟，愈来愈多的曾使用软件或DSP实现的复杂数字算法开始使用PPCA完成。这当然是由于FPGA的特殊结构和特性，使它可以更加高速和高效地完成这些算法。IPcore技术可以把这些FPGA中的算法设计封装成包(模块)。这些包具有智力产权，可以被继承、共享或购买。
1 视频压缩原理和算法实现
视频压缩技术主要利用图像信号的相关、冗余等特性，通过一些变换算法，保留对人眼视觉最重要的部分，进行编码传输。大部分视频压缩利用2D-DCT(二维离散余弦变换)和2D-IDCT(二维反离散余弦变换)变换得到图像的频谱，高精度保留对人眼重要的高频部分，低精度保留低频部分从而对视频流进行压缩[1]。其过程如图1所示。
1.1 DCT变换算法
2D-DCT变换是视频压缩中的常用变换[2]。在压缩过程中，将一幅图像分成许多8x8的小块进行变换。
8x8的2D-DCT变换如公式(1)所示：
如果直接使用公式(1)进行2D-DCT变换，运算量将会十分巨大，普通FPGA很难有效完成整个视频压缩运算。所以需要先把2D-DCT运算进行一些变换，简化计算，减少运算量。
2D-DCT具有正交可分解性闷，可以通过对输入的矩阵先做一维行变换，再做一维列变换实现。即将8x8数据先按行方向进行累加运算，产生中间矩阵，再对中间矩阵按列方向进行累加运算，最后得到变换结果。2D-DCT可以分解成两个1D-DCT运算，见公式(2)。
将公式(2)展开成矩阵形式，得到公式(3)。计算一个这样的单元需要64个乘法器和56个加法器，运算量还是很大。利用公式(3)的对称性进行变换，可以得到公式(4)，使乘法器减少到32个，加法器减少到8个。
一个由公式(4)推演出的分布式乘法器如图2所示。4个乘数(x0…x3)同时与各自
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