双模视频解码芯片中压缩空间冗余模块的硬件设计

论文摘要

随着多媒体技术的应用越来越广泛,人们对视频图像质量的要求越来越高,视频压缩技术已经成为产业界关注的焦点之一。H.264/AVC是由ITU-T的VCEG组织和ISO/IEC MPEG两大国际组织共同制订的最新一代的视频标准。该标准不仅具有很高的编码效率,而且在计算精度和算法方面,较以往的标准都有很大的改进。AVS协议是由中科院带头研发的视频标准,在显示效果与H.264/AVC协议相当的前提下,AVS协议降低了复杂度和规模。由于H.264/AVC和AVS的解码复杂度高,软件实现难以满足实时解码的要求,本文对采用SoC（System-on-a-Chip）方法的视频解码器进行了研究。设计了适用于H.264及AVS的帧内预测及量化变换的解码部件。在分析H.264和AVS帧内预测及量化变换求解算法的基础上,利用其运算方面的相似性,采用模块复用设计方法,达到资源的最优化利用,大大减小了芯片复杂度,降低了成本。本文设计了C语言程序模型,验证了解码算法的可实现性并为RTL仿真提供仿真测试向量,用Verilog语言实现该方案。并通过了FPGA验证后,基于SIMC的0.18μmCMOS工艺单元库,用Design Compiler工具进行综合,得到电路网表。综合及仿真结果表明该设计可以实现对高清晰度视频的实时解码。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 主流视频标准的发展及现状
• 1.3 课题的研究目标和意义
• 1.4 论文的工作与结构
• 第2章 视频压缩技术和视频编解码标准
• 2.1 数字视频压缩的必要性和可能性
• 2.2 视频压缩基础
• 2.2.1 视频编码的数据流结构
• 2.2.2 帧（frame）和场（field）
• 2.2.3 亮度和色度
• 2.2.4 采样格式
• 2.2.5 视频格式
• 2.3 H.264协议与AVS协议介绍
• 2.3.1 H.264协议
• 2.3.2 AVS视频协议
• 2.4 视频解码器结构设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 H.264和AVS压缩算法比较
• 3.1 帧内预测算法研究
• 3.1.1 H.264中帧内预测算法介绍
• 3.1.2 AVS中帧内预测算法介绍
• 3.1.3 H.264帧内预测与AVS帧内预测的比较
• 3.1.4 解码器中帧内预测模式的确定
• 3.2 量化变换算法
• 3.2.1 H.264整数变换及量化
• 3.2.2 AVS中的量化变换变换
• 3.3 本章小结
• 第4章 压缩空间冗余模块的硬件设计
• 4.1 Ipred模块硬件设计
• 4.1.1 Ipred模块硬件构架设计
• 4.1.2 Ipred主要的工作流程及C model结构设计
• 4.1.3 Ipred模块的周期分析
• 4.2 IQ的硬件设计
• 4.2.1 IQ模块顶层硬件结构设计
• 4.2.2 IQ模块工作流程
• 4.2.3 周期分析
• 4.3 IT模块的硬件设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 验证与结果分析
• 5.1 RTL设计与仿真
• 5.2 逻辑综合与FPGA验证
• 5.2.1 逻辑综合
• 5.2.2 门级仿真
• 5.2.3 解码芯片的原型验证
• 5.2.4 验证结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢