Implementacja w układach FPGA kodeka obrazów w standardzie MPEG-2 spełniającego wymogi czasu rzeczywistego

Abstract

The basic algorithms of video compression and decompression, which are components of encoder and de-coder of MPEG-2 standard, are described in doctoral the-sis. Moreover it contains the description of functionality as well as parameters of ISO/IEC 13818-2 standard. It contains the short description of previous examples of realization of MPEG-2 standard. The doctoral thesis contains the description of discrete cosine transform algorithms. Moreover it presents different aspects of hardware implementation of DCT blocks and received parameters. Proposed by author possible modifications of existing algorithms are described. These modifications have the adaptation of these algorithms to hardware implementation in programmable devices FPGA in view. It contains detailed description of quantisation and dequantisation operation in MPEG-2 standard taking control parameters of these operations under consideration. Moreover it presents possible ways of implementation of these operations. The basic algorithms of motion estimation are described. Implementations of two chosen algorithms of motion estimation as well as Three-Step Search algorithm modification are presented additionally. The algorithms of lossless video compression applied in encoders and decoders of standard MPEG2 as well as parameters of entropy encoder and decoder implementation in FPGA devices are presented. The descriptions and parameters of following versions of MPEG-2 standard encoders and codecs implemented in FPGA devices are also contained. Rozprawa zawiera opis algorytmów dyskretnej transformacji kosinusowej. Ponadto prezentuje różne aspekty sprzętowej implementacji tych bloków oraz otrzymane parametry. Omówione są także zaproponowane przez autora możliwe modyfikacje istniejących już algorytmów. Modyfikacje te mają na celu przystosowanie tych algorytmów do ich sprzętowej implementacji w układach programowalnych FPGA. Zawarty jest też szczegółowy opis operacji kwantyzacji i dekwantyzacji w standardzie MPEG-2 z uwzględnieniem parametrów sterujących tymi operacjami. Ponadto zaprezentowane są możliwe sposoby implementacji tych operacji. Opisane są podstawowe algorytmy estymacji ruchu. Dodatkowo zaprezentowane są implementacje dwóch wybranych algorytmów estymacji ruchu oraz modyfikacji algorytmu efektywnego trójkrokowego przeszukiwania. Zaprezentowane są algorytmy bezstratnej kompresji obrazów wizyjnych zastosowane w koderach i dekoderach standardu MPEG-2 oraz parametry implementacji kodera i dekodera entropijnego w układzie FPGA. Zawarte są również opisy i parametry kolejnych wersji koderów i koderów standardu MPEG-2 zaimplementowanych w układzie FPGA.