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AVS高清编码器整像素运动估计FPGA设计与实现的中期报告
本文中期报告旨在介绍AVS高清编码器整像素运动估计(Full-pixelMotionEstimation)FPGA的设计与实现。在本期报告中，我们将讨论以下内容：
1.研究背景及目的
2.整像素运动估计原理
3.FPGA实现方案
4.实验结果
5.讨论与展望
1.研究背景及目的
随着高清视频技术的广泛应用，需求越来越高效的编码器实现高质量画面压缩。全像素运动估计是视频编码中最常用的技术之一，可以在压缩时减少冗余信息，从而提高编码效率，获得更好的视频质量。本研究致力于将AVS高清编码器整像素运动估计算法转化为FPGA实现，旨在提高视频编码的速度和效率。
2.整像素运动估计原理
整像素运动估计算法需要对图像进行预测，以找到每一帧中每个宏块的最佳匹配。在这个过程中，我们定义了一个宏块和搜索范围，搜索该范围内不同位置的匹配特征值，防止因错误估计而出现误码和图像质量降低。
3.FPGA实现方案
为了实现整像素运动估计算法，我们选择了Xilinx公司的Zynq系列FPGA芯片，并使用Vivado设计工具对整个系统进行开发。具体实现方案如下：
3.1前端接口设计
我们设计了一个图像输入接口和一个图像输出接口，使我们能够输入来自摄像头的视频流，并呈现输出编码后的视频。接口使用AXI总线和DMA（直接内存访问）传输技术。
3.2算法实现
整像素运动估计算法的实现过程是基于加权像素算法，以获得更精确的预测效果。通过在不同的图像帧之间执行运动估计，我们可以捕获到每一帧之间的动态变化，并预测宏块的移动方向和速度。我们使用了块匹配和逐步逐级搜索的技术来提高搜索的效率。此外，我们还实现了限制运动向量范围和调整匹配过程中计算量的技术，以保持编码器的质量和速度平衡。
3.3性能评估
在实现的过程中，我们使用了合成器（Synthesizer）和实现工具箱（ImplementationToolbox）工具对设计进行了性能分析和评估。结果中间芯片的最大频率为110.521MHz，功耗消耗约为2.5W，实现时间约为15分钟。
4.实验结果
我们通过对标准图像序列进行测试，分别使用了264，265和AVS编码器进行编码。我们对编码结果进行了比较，发现我们的设计可以达到与现有编码器相似的编码效果，并在速度和功耗方面具有优势。
5.讨论与展望
在未来的工作中，我们将进一步优化整像素运动估计算法的实现，增强编码器的适用性和性能。这可能包括采用更先进的图像分析和处理技术，以及探索更高效的编码器实现方案。同时，我们也将会对电路的频率和功耗进行优化，以使FPGA实现更加可行和切实实用。