AVS视频编解码芯片关键部件的体系结构研究与设计

论文摘要

二十世纪九十年代,数字视频技术被广泛应用于通信、计算机、广播电视等领域,带来了电视会议、可视电话、数字电视以及媒体存储等一系列应用,推动了以MPEG-2为代表的第一代信源编码标准的产生。进入新世纪以来,随着音视频编解码技术的进步和超大规模集成电路集成度、计算速度的提高,信源编码标准迎来了更新换代的历史性机遇。在这个背景下,以H.264/AVC、AVS为代表的第二代信源编码标准出现了。H.264/AVC是一个高效的视频编码标准,是由国际电信联盟和国际标准化组织运动图像专家组组成的“联合视频组”制订的。AVS标准是我国具有自主知识产权的信源编码标准,其视频标准的主要应用对象是标准清晰度/高清晰度电视。在标准清晰度/高清晰度序列上,AVS视频标准的编码效率与H.264/AVC相当,是MPEG-2的2～3倍。2006年2月,AVS视频标准已经正式被批准为国家标准,进入了产业化推广的阶段。作为AVS编码标准产业链上的重要一环,AVS标准清晰度/高清晰度视频编解码芯片的研发对于AVS编码标准的推广起着重要的推动作用。本文对AVS标准清晰度/高清晰度视频编解码芯片中的三个关键部件——运动估计模块、环路滤波模块和变长解码模块的体系结构进行了深入的研究和探讨,下面给出一个简要的介绍:1.运动估计是AVS视频编码芯片中的关键部件,计算量占整个编码器的60%～90%以上。特别是,AVS视频标准中采用了多参考帧、变块大小的运动估计,高效的B帧编码模式等技术,在提高了编码效率的同时,也大大增加了计算的复杂度。基于算法-结构联合设计的思想,本文中提出了一个面向硬件实现的快速整数精度运动估计算法,并给出了相应的VLSI实现。实验结果表明该算法具有和AVS视频参考软件相当的编码效率,并且相应的VLSI结构可以在较低的时钟频率下,支持标清视频在较大搜索范围内的实时处理;2.环路滤波是AVS视频编解码芯片都要用到的关键部件,其结构设计的重点在于如何增加计算的并行度,同时降低对存储器带宽的占用。本文提出了两种环路滤波处理顺序及其相应的VLSI实现。利用了分开存储相邻块数据的组织策略和一个可配置的行列转换阵列,两种VLSI结构都可以满足高清视频序列的实时滤波。这两种结构在面积和速度上各占优势;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 视频编码标准概述
• 1.1.1 视频编码标准的发展
• 1.1.2 AVS 视频标准及其关键技术
• 1.2 视频编解码器研究现状
• 1.2.1 实现平台
• 1.2.2 编码器结构研究现状
• 1.2.3 解码器结构研究现状
• 1.3 超大规模集成电路技术现状
• 1.4 课题背景及研究意义
• 1.5 论文的主要工作和结构安排
• 第2章 高性能整数精度运动估计结构
• 2.1 引言
• 2.2 面向硬件实现的整数精度运动估计算法
• 2.2.1 运动估计处理顺序的调整
• 2.2.2 运动矢量预测值的调整
• 2.2.3 快速整数精度运动估计算法
• 2.3 整数精度运动估计模块的体系结构
• 2.3.1 嵌入式处理器的控制机制
• 2.3.2 搜索引擎的体系结构
• 2.4 实验结果
• 2.4.1 仿真结果
• 2.4.2 综合结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于平台的环路滤波器结构
• 3.1 引言
• 3.2 环路滤波算法
• 3.2.1 边界强度的推导
• 3.2.2 一维条件滤波
• 3.3 环路滤波器的体系结构
• 3.3.1 滤波顺序及SRAM 的存储组织
• 3.3.2 可配置行列转换阵列
• 3.3.3 基于基本滤波顺序的结构
• 3.3.4 基于改进滤波顺序的结构
• 3.4 实验结果
• 3.4.1 仿真结果
• 3.4.2 综合结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 多用途的变长解码器结构
• 4.1 引言
• 4.2 AVS 视频标准的熵编码算法
• 4.2.1 指数哥伦布码的结构
• 4.2.2 指数哥伦布码与语法元素的映射关系
• 4.3 变长解码器的体系结构
• 4.3.1 整体结构
• 4.3.2 预处理模块
• 4.3.3 码长检测器
• 4.3.4 后处理模块
• 4.4 优化与综合
• 4.4.1 关键路径的分析与优化
• 4.4.2 综合结果与性能比较
• 4.5 AVS 高清音视频解码器原型系统
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历