H.264的实时熵解码器设计

论文摘要

H.264是ITU-T/ISO于2003年3月发布的视频压缩标准,在其发布之初就以其卓越的压缩性能得到了广泛地关注,被称之为新一代视频压缩标准。但是其更好的性能却带来了更高的复杂度,这使得单纯的软件解决方案来实现高清视频的实时编解码就变得更加地困难,因此有必要对H.264的硬件解决方案进行更加广泛地研究。首先,本文对熵解码器的解析原理进行了深入的研究,涉及码流结构、基于上下文的可变长编码（CAVLC）的解析原理和指数哥伦布解析原理三个部分,这三个部分构成了整个熵解码器设计的理论基础。其次,本文依据ASIC设计的基本方法,对熵解码器的功能模块进行划分和复用,提出了一款适用于1080p实时解码要求的熵解码器的结构,并重点对其核心模块CAVLC解码器进行设计,设计出一款高速的CAVLC解码器结构,此解码器要比以往的CAVLC解码器在解析速率上具有很大的优势。再次,本文依据视频解码器验证的实际要求,提出了一个以JM10.1为黄金模型的H.264视频解码器验证策略,并根据此策略用Perl语言设计了一个自动化的仿真验证平台,并在此平台上实现了熵解码器的功能验证。最后,采用和舰180nm CMOS工艺库对经RTL建模后的熵解码器进行综合生成门级网表,并进行门级网表的形式验证,证明了门级网表与RTL模型之间功能的一致性。通过综合和性能分析可知,本文所设计的熵解码器所能达到的最低时钟频率为79.49MHz,在最坏情况下的解析4×4块的时钟周期数为12,这些指标都高于1080p的实时解码的基本要求,证明了熵解码器适用于1080p（@30Hz）高清视频解码。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及其研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 熵解码器的解析原理
• 2.1 H.264 的码流结构
• 2.2 CAVLC 编码方法及其解析原理
• 2.3 指数哥伦布编码方法及其解析原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 熵解码器的结构设计
• 3.1 熵解码器的总体结构设计
• ONE 检测器的结构设计'>3.2 HEADING_ONE 检测器的结构设计
• 3.3 比特流缓存模块的结构设计
• 3.4 长度解码器的结构设计
• 3.5 CAVLC 解码器的结构设计
• trailingOnesSign 解码器的结构设计'>3.5.1 NumCoeffTrailingOnes_trailingOnesSign 解码器的结构设计
• 3.5.2 level 解码器的结构设计
• zero 解码器的结构设计'>3.5.3 total_zero 解码器的结构设计
• before 解码器的结构设计'>3.5.4 run_before 解码器的结构设计
• calculate 模块的结构设计'>3.5.5 output_calculate 模块的结构设计
• 3.5.6 output 模块的结构设计
• 3.5.7 CAVLC 解码器性能的提升
• 3.6 指数哥伦布解码器的结构设计
• 3.7 解析状态机的结构设计
• 3.8 本章小结
• 第4章 熵解码器的验证与逻辑综合
• 4.1 验证策略及自动化仿真验证平台的搭建
• 4.1.1 熵解码器的验证策略
• 4.1.2 自动化仿真验证平台的设计
• 4.2 综合及形式验证
• 4.2.1 逻辑综合
• 4.2.2 形式验证
• 4.3 熵解码器的性能分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢