視頻編解碼芯片的設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、新近視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-4、H.264/AVC和AVS等在提高編碼性能的同時(shí)算法復(fù)雜度也大大增加，使得在傳統(tǒng)處理器上實(shí)現(xiàn)編解碼變的困難，VLSI技術(shù)憑借其低代價(jià)、低功耗、高性能的優(yōu)勢(shì)逐漸成為編解碼器的主流實(shí)現(xiàn)方式。用較短的上市時(shí)間(time-to-market)完成高性能、低硬件代價(jià)的設(shè)計(jì)是產(chǎn)品獲得成功的根本，由此視頻編解碼芯片的設(shè)計(jì)方法具有重要研究意義。 本文對(duì)新近視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度及硬件實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，對(duì)系統(tǒng)架

2、構(gòu)、存儲(chǔ)和算法模塊三個(gè)方面的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并將設(shè)計(jì)方法有效地應(yīng)用在AVS編解碼芯片具體設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了硬件代價(jià)優(yōu)化的目標(biāo)。 在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中分析了編碼器編碼性能、硬件代價(jià)和編碼速度三者之間的制約關(guān)系及系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)瓶頸，研究了編碼算法對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)的影響和流水線設(shè)計(jì)方法在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在存儲(chǔ)設(shè)計(jì)中分析了片上存儲(chǔ)和片外存儲(chǔ)的特性和優(yōu)化目標(biāo)，研究了延時(shí)隱藏、壓縮存儲(chǔ)等設(shè)計(jì)方法在提高總線效率和存儲(chǔ)效率中的應(yīng)用。在算法模塊設(shè)計(jì)

3、中研究了硬件復(fù)用思想、速度面積平衡思想和流水線均衡思想，分析了可配置設(shè)計(jì)和利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性實(shí)現(xiàn)硬件優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法。 利用流水線設(shè)計(jì)方法完成了AVS編碼器的混合流水架構(gòu)，在保證編碼性能的前提下對(duì)編碼算法進(jìn)行了調(diào)整，挖掘和利用了視頻混合編碼框架中潛在的處理并行度。利用片外存儲(chǔ)特性設(shè)計(jì)了AVS編碼器片外存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了提高總線效率和片外存儲(chǔ)利用率的目的；利用壓縮存儲(chǔ)思想對(duì)AVS變長(zhǎng)解碼碼表存儲(chǔ)進(jìn)行了優(yōu)化，相對(duì)于參考文獻(xiàn)存儲(chǔ)面積節(jié)省了3

4、0％。利用硬件復(fù)用思想設(shè)計(jì)了AVS幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊，通過(guò)設(shè)計(jì)可配置結(jié)構(gòu)在多預(yù)測(cè)模式之間實(shí)現(xiàn)硬件復(fù)用。利用速度面積平衡思想設(shè)計(jì)了指數(shù)哥倫布解碼器和AVS編碼器殘差重建模塊，在指數(shù)哥倫布解碼器中利用碼字長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)特性設(shè)計(jì)專(zhuān)用硬件結(jié)構(gòu)，相對(duì)于參考文獻(xiàn)硬件代價(jià)節(jié)省了70％；在AVS編碼器殘差重建模塊中利用量化輸出的統(tǒng)計(jì)特性設(shè)計(jì)了基于零預(yù)測(cè)的硬件結(jié)構(gòu)，處理速度在中等質(zhì)量下提高4倍左右。 最后本文給出了綜合應(yīng)用各種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)實(shí)例——AVS變長(zhǎng)