基于FPGA的H.264视频压缩编码器的研究

论文摘要

H.264视频压缩标准应用相当广泛,包括固定或移动的可视电话、移动电话、实时视频会议、视频监控、流媒体、多媒体视频、Internet视频、手机电视、宽带电话以及视频信息存储等。H.264视频压缩标准只定义了编码器的结构图,并没有指定各算法单元的具体算法。因此,人们可以根据结构框图,从具体的应用场合出发选取合适的算法进行设计,同时不断探索复杂度更低的算法。本论文依据H.264视频压缩标准定义的编码器的结构框图,参考相应的算法,对H.264视频压缩编码器的设计进行了深入的研究,研究成果(IP Core)应用于“H.264视频压缩编码器的设计”的I帧模块。本论文先叙述了H.264视频压缩标准白皮书定义的编码结构图,以及所包含的各算法部件。然后重点叙述了其I帧内关键算法部件的具体算法以及各算法部件的设计方案,给出在ModelSim中得到的功能仿真波形图,并对相应的仿真波形图给予说明。文章最后叙述了各运算部件的测试方案,以及在SignalTap中得到的实际板级测试结果。本论文所设计的整数变换运算单元为4x4无乘法整数运算;量化器采用简化算法,避免了除法运算;扫描器为Z字形扫描方式;熵编码器采用基于上下文自适应二进制算术编码(CABAC)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外进展
• 1.3 课题任务
• 1.4 本章小结
• 第二章 H.264视频编码系统
• 2.1 H.264视频压缩编码标准简介
• 2.2 H.264视频压缩编码标准profile的确定
• 2.3 I帧算法部件
• 2.3.1 整数变换及其反变换
• 2.3.2 量化器及反量化器
• 2.3.3 熵编码
• 2.4 本章小结
• 第三章 整数变换的设计
• 3.1 整数变换的快速算法
• 3.2 基于FPGA实现的具体结构
• 3.3 仿真波形图
• 3.4 本章小结
• 第四章 量化器、扫描器的设计
• 4.1 量化器的原理
• 4.2 量化器的设计
• 4.3 扫描器的设计
• 4.4 相关的仿真波形图
• 4.5 本章小结
• 第五章 CABAC熵编码的设计
• 5.1 算术编码的基本原理
• 5.2 CABAC的基本原理
• 5.2.1 语法元素二进制化
• 5.2.1.1 一元编码（U）
• 5.2.1.2 截断一元编码（TU）
• 5.2.1.3 截断一元k阶指数葛伦布混合编码
• 5.2.1.4 固定长度编码
• 5.2.2 上下文模型
• 5.2.3 二进制算术编码流程
• 5.3 CABAC的编码过程
• 5.4 CABAC熵编码的设计
• syntax_element主模块的设计'>5.4.1 Write_syntax_element主模块的设计
• 5.4.2 各子状态的内部结构
• 5.4.3 二进制算术编码的设计
• 5.4.3.1 Decision编码模块的设计
• 5.4.3.2 Bypass编码模块的设计
• 5.4.3.3 Terminate编码模块的设计
• 5.4.4 相关的仿真波形图
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 功能测试
• 6.2 本章小结
• 第七章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果