Η παρούσα ειδική ερευνητική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Ειδίκευσης στα “Συστήματα Επεξεργασίας Σημάτων και Επικοινωνιών” στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η σχεδίαση και ανάπτυξη του MPEG – 4 Simple Profile CODEC στο περιβάλλον Simulink με σκοπό την τελική εκτέλεση του αλγορίθμου DSP που θα προκύψει, στην πλατφόρμα ανάπτυξης TMS320DM6437 EVM. Στο πρώτο κεφάλαιο ορίζεται η έννοια της κωδικοποίησης βίντεο σε πραγματικό χρόνο και περιγράφεται η σύγχυση που επικρατεί γύρω από αυτήν. Επίσης γίνεται μια περιγραφή των επεξεργαστών ψηφιακού σήματος ως προς τα τυπικά χαρακτηριστικά που διαθέτουν, την αρχιτεκτονική τους, την αρχιτεκτονική μνήμης, τα στοιχεία υλικού που διαθέτουν για τη ροή του DSP προγράμματος, ενώ παράλληλα, παρουσιάζεται η ιστορική εξέλιξη των DSPs που οδήγησε στους σύγχρονους DSPs και οι οποίοι, διαθέτουν καλύτερες επιδόσεις από τους προπάτορές τους, και αυτό χάρη στις τεχνολογικές και αρχιτεκτονικές εξελίξεις όπως, οι χαμηλότεροι κανόνες σχεδίασης, η γρήγορη προσπέλαση κρυφής μνήμης δύο επιπέδων, η σχεδίαση του DMA και ενός μεγαλύτερου συστήματος διαύλου. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική της πλατφόρμας ανάπτυξης TMS320DM6437 EVM καθώς και οι διεπαφές υλικού που διαθέτει για την είσοδο και έξοδο βίντεο/ήχου από αυτήν. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής παρουσίαση των εννοιών που συναντώνται στην κωδικοποίηση βίντεο. Στην αρχή του κεφαλαίου απεικονίζεται το γενικό μοντέλο ενός κωδικοποιητή/αποκωδικοποιητή και βάσει αυτού προχωράμε στην περιγραφή του χρονικού μοντέλου, το οποίο επιβάλλει την πρόβλεψη του τρέχοντος πλαισίου βίντεο χρησιμοποιώντας το προηγούμενο, ενώ παράλληλα, εξηγεί και μεθόδους για την εκτίμηση κίνησης περιοχών (μακρομπλοκ) μέσα στο πλαίσιο ενός βίντεο και το πώς μπορεί να γίνει ο υπολογισμός του σφάλματος κίνησης τους. Στη συνέχεια περιγράφεται το μοντέλο εικόνας το οποίο στην πράξη αποτελείται από τρία συστατικά μέρη: τον μετασχηματισμό (αποσυσχετίζει και συμπιέζει τα δεδομένα), την κβάντιση (μειώνει την ακρίβεια των μετασχηματισμένων δεδομένων) και την ανακατάταξη (ανακατατάσσει τα δεδομένα ούτως ώστε να ομαδοποιήσει μαζί τις σημαντικές τιμές). Οι συντελεστές του μετασχηματισμού μετά την ανακατάταξη και την κωδικοποίηση, μπορούν να κωδικοποιηθούν περαιτέρω με τη χρήση κωδικών μεταβλητού μήκους (Huffman κωδικοποίηση) ή μέσω αριθμητικής κωδικοποίησης. Στο τέλος του κεφαλαίου περιγράφεται το υβριδικό μοντέλο DPCM/DCT CODEC πάνω στον οποίο στηρίζεται και η υλοποίηση του MPEG – 4 Simple Profile CODEC. Στο τρίτο κεφάλαιο ουσιαστικά γίνεται μια περιγραφή των χαρακτηριστικών του MPEG – 4 Simple Profile CODEC, των εργαλείων που χρησιμοποιεί, της έννοιας αντικείμενο που πλέον υπεισέρχεται στην κωδικοποίηση βίντεο καθώς και τα είδη προφίλ και επιπέδων που υποστηρίζει το συγκεκριμένο πρωτόκολλο κωδικοποίησης/αποκωδικοποίησης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η υλοποίηση του κωδικοποιητή, του αποκωδικοποιητή του MPEG – 4 Simple Profile CODEC καθώς και των επιμέρους υποσυστημάτων που τους απαρτίζουν. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται η αλληλεπίδραση του χρήστη με το σύστημα κωδικοποίησης/αποκωδικοποίησης, τι παράμετροι χρειάζονται να δοθούν ως είσοδοι από αυτόν, καθώς και πως είναι δυνατή η χρήση του συγκεκριμένου συστήματος. / This project objective is the design and development of MPEG – 4 Simple Profile CODEC in Simulink environment in order to execute the resulting DSP algorithm on the development platform TMS320DM6437 EVM. The first chapter defines the term of real – time video coding which sometimes is misunderstood by most people. Besides there is a brief description of DSP systems, which includes information about their typical characteristics, their architecture, their memory architecture and the hardware elements provided with in order to support the flow of a DSP program. It is also presented the evolution of DSPs through time, which finally gave the modern DSPs with better performance than their ancestors thanks to the technological and architectonical improvements such as, lower design rules, fast-access two-level cache, (E)DMA circuitry and a wider bus system. At the end of this chapter it is presented the architecture of TMS320DM6437 EVM board and its input/output hardware interfaces for video and sound. At the second chapter there is an extensive presentation of terms found at the science of coding/decoding video. At the beginning of this chapter it is depicted a general model including a video encoder/decoder and this is the reason for the description of temporal model, which includes the prediction of current frame from the previous one, and at the same time it explains the computation methods of macroblock motion estimation and motion compensation. Continuing it is described the image model aparted from three component parts, the transformation (decorrelation and data compression), the quantization (reduces the accuracy of transformed data) and the reordering (reorders data on a way that groups significant values all together). The transform coefficients after reordering and coding, can be further coding by using variable length coding (Huffman coding) or arithmetic coding. At the end of the chapter the hybrid model of DPCM/DCT CODEC is described and this is the one where the implementation of MPEG – 4 Simple Profile CODEC has been set up. At the third chapter there is a description about the characteristics of MPEG – 4 Simple Profile CODEC, the tools used, the “object” term, which appears on video coding/decoding and also what are the profiles and levels supported by the specific video encoding/decoding protocol. Finally it is described how the coding of rectangular frames is done and the Simulink model of MPEG – 4 Simple Profile CODEC which is the base for the implementation of DSP algorithm executed on the development platform. At the forth chapter we present the implementation of MPEG – 4 Simple Profile CODEC encoder/decoder and their partial subsystems. At the fifth chapter it is described the interaction between user and the CODEC, what are the parameters needed to be entered as inputs and how the system can be used.