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H.264视频编码器帧内预测硬件结构设计

作　者: 张爱平
导　师: 王明江
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: H.264 帧内预测 量化 整数DCT变换 硬件实现
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
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内容摘要


H.264作为新一代视频编码标准,在视频编码效率和图像质量上有了很大的提高。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构,且其针对于特定编码功能和应用的三个不同档次,使得H.264的编码器的设计实现灵活性极大。帧内预测技术是H.264和AVS视频编解码标准的重要部分之一,它利用已重建的相邻块像素预测当前块像素,达到了很高的压缩率。论文介绍了视频编解码标准及其原理,在分析H.264帧内预测算法的基础上,提出了帧内预测算法的高效率硬件实现方案。架构中主要由亮度帧内16×16,4×4和色度8×8预测模式的选择及相应模式下的变换、量化、反变换及反量化模块的搭建及具体实现而构成。本设计利用亮度帧内16×16预测模式与色度8×8预测模式在架构和算法上的共同点,采用模块复用的设计方法,大大减小了芯片面积;预测过程的并行流水线技术,整数变换过程采用的单时钟周期Wallace阵列结构,以及量化过程的拆分输入高低位方式,使得编码速度得到了极大地提高,并节约了硬件资源,降低了成本,提高了市场竞争力。设计采用自顶向下的设计方法,首先进行系统架构设计,建立算法C模型,然后用VerilogHDL语言实现该设计。本设计基于特许半导体0.13um工艺库,用Design Compiler工具综合,时钟频率可以达到102M,综合所得逻辑门数为386.46K。仿真和综合结果表明该设计满足H.264Baseline 1080P@30 fps高清编码器的应用要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 课题背景简介  8-9
  1.2 视频编码标准发展历史与现状  9-10
  1.3 研究现状  10-12
    1.3.1 H.264 视频编解码器研究现状  10-11
    1.3.2 H.264 视频编解码器帧内预测研究现状  11-12
  1.4 本文主要研究内容和结构安排  12-13
第2章 H.264 视频编解码原理及关键技术分析  13-18
  2.1 H.264 视频编解码原理  13-14
  2.2 H.264 视频编码器关键技术  14-17
    2.2.1 帧内预测编码  14-15
    2.2.2 帧间预测编码  15
    2.2.3 整数离散余弦变换/反变换  15-16
    2.2.4 量化/反量化  16
    2.2.5 熵编码  16
    2.2.6 去块滤波  16-17
  2.3 本章小结  17-18
第3章 H.264 帧内预测及变换量化的基本原理  18-27
  3.1 帧内预测  18-22
    3.1.1 帧内16×16 亮度预测模式  18-19
    3.1.2 4×4 亮度预测模式  19-21
    3.1.3 8×8 色度块预测模式  21-22
  3.2 整数变换与量化  22-26
    3.2.1 整数变换  22-24
    3.2.2 量化  24-26
  3.3 本章小结  26-27
第4章 H.264 帧内预测及变换量化的硬件结构设计  27-40
  4.1 H.264 整体架构  27-28
  4.2 帧内4×4 预测的整体架构  28-30
  4.3 帧内16×16，8×8 模式预测硬件结构  30-31
  4.4 SATD 模块的架构  31-32
  4.5 整数变换结构  32-34
  4.6 量化结构解析  34-35
  4.7 变换/量化/反量化/反变换模块的架构  35-37
  4.8 帧内预测与重建过程的存储管理  37-39
    4.8.1 帧内16×16、8×8 模式预测与重建过程的存储管理  37-39
    4.8.2 帧内4×4 模式预测与重建过程的存储管理  39
  4.9 本章小结  39-40
第5章 帧内预测及变换量化的仿真及综合结果  40-44
  5.1 帧内16×16、8×8 预测模块仿真结果  40
  5.2 帧内16×16、8×8 变换量化反量化反变换仿真结果  40-41
  5.3 帧内4×4 预测部分仿真结果  41-42
  5.4 帧内4×4 变换量化部分仿真结果  42-43
  5.5 帧内预测及变换量化部分综合结果  43
  5.6 本章小结  43-44
结论  44-45
参考文献  45-50
致谢  50

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 图像通信、多媒体通信 > 图像编码
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