本文關(guān)鍵詞：HEVC熵編碼器的VLSI架構(gòu)設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著多媒體技術(shù)的快速發(fā)展,人們對(duì)視頻分辨率的要求越來(lái)越高,視頻分辨率朝著4K(3840×2160)和8K(7680×4320)超高清方向發(fā)展。超高清視頻的高分辨率、高幀率和高像素深度導(dǎo)致了龐大的數(shù)據(jù)量,對(duì)視頻編碼技術(shù)提出了更高的要求。針對(duì)超高清視頻的編碼需求,新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding,高效視頻編碼)于2013年正式發(fā)布。相比前一代H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn),HEVC的壓縮率提高1倍,而編碼的復(fù)雜度也大大增加,給超高清視頻的實(shí)時(shí)編碼帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。HEVC視頻編碼中的熵編碼采用基于上下文的自適應(yīng)二元算術(shù)編碼(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding,CABAC)算法,算法的概率自適應(yīng)和區(qū)間劃分存在很強(qiáng)的數(shù)據(jù)依賴(lài),嚴(yán)重限制了編碼過(guò)程的并行度,成為整個(gè)HEVC編碼的吞吐瓶頸之一。本文重點(diǎn)研究HEVC熵編碼器的VLSI架構(gòu)設(shè)計(jì),主要貢獻(xiàn)如下:(1)提出了一種基于流水線(xiàn)的HEVC熵編碼器VLSI整體架構(gòu)。本文將熵編碼器劃分為四個(gè)主要模塊,分別為二值化與索引計(jì)算模塊、上下文初始化模塊、上下文存儲(chǔ)更新模塊以及二元算術(shù)編碼器。(2)提出了一種多二元符號(hào)并行處理的二元算術(shù)編碼器結(jié)構(gòu)。針對(duì)二元算術(shù)編碼的Range更新過(guò)程,本文提出了一種預(yù)先按位取反(Pre-Bitwise-NOT,PBN)技術(shù),并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的Range更新單元。為進(jìn)一步縮短Range更新過(guò)程的關(guān)鍵路徑,提出了一種使用前向rLPS技術(shù)的Range更新整體結(jié)構(gòu),并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的bin分配策略,細(xì)致優(yōu)化了內(nèi)部級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),提高了二元算術(shù)編碼器的整體吞吐率。(3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種支持4個(gè)二元符號(hào)并行處理的上下文存儲(chǔ)更新模塊。為了獲取較高的處理速度,模塊中的上下文存儲(chǔ)器采用基于寄存器的設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)了一種上下文初始化模塊,支持對(duì)上下文存儲(chǔ)器的初始化。本文完成了熵編碼器VLSI架構(gòu)的寄存器傳輸級(jí)(Register Transfer Level,RTL)設(shè)計(jì),并使用 SMIC 40nm CMOS 標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)進(jìn)行 Synopsys Design Compiler邏輯綜合。綜合結(jié)果表明所提出的熵編碼器架構(gòu)吞吐率可達(dá)1357Mbin/s,能夠滿(mǎn)足8K@120fps超高清視頻的實(shí)時(shí)編碼要求。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN919.81

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