超高清h.264avc幀內(nèi)編碼器的vlsi實現(xiàn)研究

1、目錄目錄目錄I摘要IIIAbstractV英文縮寫說明VII第一章引言111視頻壓縮簡介112編碼單元213圖像色彩空間214預(yù)測編碼215變換編碼316圖像的重建417論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排4第二章H264／AVC幀內(nèi)編碼器621H264／AVC編碼器簡介～6211幀內(nèi)預(yù)測一7212變換編碼7213熵編碼CAVLC822H264／AVC幀內(nèi)編碼器的系統(tǒng)設(shè)計一9221幀內(nèi)編碼器的流水線一9222流水線時鐘數(shù)1023小結(jié)11第三章H264

2、／AVC幀內(nèi)預(yù)測的VLSI結(jié)構(gòu)1231H264／AVC幀內(nèi)預(yù)測算法簡介12311亮度4x4塊預(yù)測模式12312亮度16x16預(yù)測模式和色度預(yù)測模式1432幀內(nèi)預(yù)測的VLSI結(jié)構(gòu)15321幀內(nèi)預(yù)測的頂層設(shè)計分析15322幀內(nèi)4x4預(yù)測的VLSI結(jié)構(gòu)17323亮度16x16塊和色度8x8塊預(yù)測設(shè)計研究2533結(jié)果分析與對比32331不同模式判決方法對性能的影響3234小結(jié)35第四章變換編碼VLSI結(jié)構(gòu)3741H264／AVC變換編碼簡介37

3、411整數(shù)變換37412量化與反量化4042變換編碼的VLSI結(jié)構(gòu)42421DCT／IDC變換4242。2量化／反量化43423變換編碼的結(jié)果分析4543小結(jié)46第五章熵編碼CAVLC的VLSI結(jié)構(gòu)47中文摘要摘要隨著信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，人們對視頻信息的需求不斷增長，各種不同的視頻產(chǎn)品也快速進入到娛樂、辦公和安全等領(lǐng)域中。在需求的推動下，數(shù)字視頻編解碼、處理和傳輸技術(shù)得到了快速的發(fā)展。作為當(dāng)前主流的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)之一，H264／AVC在

4、壓縮效率、圖像質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性等方面都取得了顯著的提高。當(dāng)前H264／AVC標(biāo)準(zhǔn)在各種視頻應(yīng)用領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位。科技推動著面板技術(shù)的發(fā)展，高分辨率和超高分辨率的面板廣泛應(yīng)用在電視、手機、平板電腦上。高分辨率面板需要高分辨率的視頻源，這給視頻編解碼器帶來了挑戰(zhàn)。由于H264／AVC在壓縮率、圖像質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上的優(yōu)點，H264／AVC越來越被廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域中，基于H264／AVC的超高清視頻編解碼器一直是當(dāng)前的研究熱點。對于一個

5、H264／AVC幀內(nèi)編碼器，由于其幀內(nèi)預(yù)測和熵編碼算法上的數(shù)據(jù)相關(guān)性，實現(xiàn)上很難用直接增加硬件的方法來提高編碼器所能支持的最高視頻分辨率，幀內(nèi)預(yù)測和熵編碼這兩部分都可以成為編碼器的瓶頸。本文針對在超高清幀內(nèi)視頻編碼器中限制幀內(nèi)預(yù)測和熵編碼速度的難點，對算法進行改進，并提出一些硬件上的復(fù)用方法來減少硬件代價。綜合結(jié)果表明，該設(shè)計能夠達到超高清視頻實時編碼的結(jié)果，與之前的設(shè)計相比有更高的設(shè)計效率，能在較低的頻率下實現(xiàn)全高清視頻實時編碼。本文

6、的主要工作包括：(1)提出了一個以宏塊為最小處理單元的四級流水線的幀內(nèi)編碼器架構(gòu)，這個架構(gòu)充分考慮了幀內(nèi)視頻編碼的特點，同時兼顧實際應(yīng)用中輸入和輸出該架構(gòu)針對幀內(nèi)預(yù)測和熵編碼兩級流水線的所需時鐘數(shù)進行了仔細(xì)的設(shè)計考慮，使得編碼器各級流水線所需時鐘數(shù)更加均衡。(2)幀內(nèi)預(yù)測中亮度4x4子塊預(yù)測中存在的復(fù)雜數(shù)據(jù)相關(guān)性，本文采用了4x4子塊掃描順序重排列和模式順序重排列相結(jié)合的方法來縮短亮度4x4子塊預(yù)測路徑；針對亮度16x16和色度8x8預(yù)

7、測的4種模式的共同特性，本文提出了一些方法來減少硬件代價，并在提出了一個復(fù)用的架構(gòu)來實現(xiàn)兩者功能。(3)本文對重建路徑的變換及量化部分作了速度上的優(yōu)化，以達到高吞吐率的要求。采用了蝶形快速算法來實現(xiàn)DCT／IDCT；對于量化、反量化，采用了常數(shù)乘法器來代替普通乘法器的方法來提高整個系統(tǒng)的工作頻率。(4)熵編碼部分產(chǎn)生的碼流是比特相關(guān)的，本文提出一個兩級流水線架構(gòu)的CAVLC編碼器，使得掃描級和編碼級可以并行進行。其中掃描級每一個時鐘可以