FPGA实现的MPEG-2视频解码器设计与验证

本篇硕士学位论文深入探讨了MPEG-2视频编码标准在FPGA设计中的应用。MPEG-2，作为1994年由MPEG组织提出的一种高级工业标准视频编码标准，因其卓越的性能和广泛的应用，在过去的二十年里占据主导地位，并预示着未来继续深远的影响。论文作者张云专注于设计一个FPGA原型芯片，以实现MPEG-2视频的高效解码。 在设计过程中，张云采取自顶向下的方法，对解码系统的架构进行了详细规划，将系统功能划分为各个单元，明确了视频解码的控制策略。特别地，他将视频数据分为帧内数据和帧间数据，采用并行处理的方式，提高了解码效率。 在关键模块设计上，比特流格式器模块引入了创新的解码策略；可变长模块通过组合逻辑和查找表相结合的方式处理变长数据，大大缩短了解码时间。IQ和IDCT模块则采用了流水线设计，减少了数据计算所需的时间。对于运动补偿模块，考虑到其数据处理量大和频繁访问帧存储器的问题，作者设计了四路插值单元并增加了像素缓冲器，利用并行结构提高速度。 设计验证环节，论文作者通过与参考软件的对比，确保了模块功能的正确性。最后，作者成功地在FPGA开发板上实现了MPEG-2视频解码器的原型芯片，并通过0.18微米工艺完成了ASIC前端设计。经过实际视频码流测试，该设计满足了MPEG-2视频主类主级的实时解码技术需求。 整个设计过程使用了Verilog HDL语言描述，确保了设计的可编程性和灵活性。通过现场可编程门阵列（FPGA）原型验证，以及SIMC 0.18um工艺单元库进行逻辑综合，充分展现了作者对MPEG-2视频解码技术在硬件平台上的深入理解和实践能力。这篇论文为其他研究人员提供了宝贵的设计经验和参考。