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。

    关键词：视频压缩 ipcore fpca

    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。

    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。

    关键词：视频压缩 ipcore fpca

    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。