AVS視頻編解碼芯片關(guān)鍵部件的體系結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、二十世紀(jì)九十年代，數(shù)字視頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、廣播電視等領(lǐng)域，帶來(lái)了電視會(huì)議、可視電話、數(shù)字電視以及媒體存儲(chǔ)等一系列應(yīng)用，推動(dòng)了以MPEG-2為代表的第一代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著音視頻編解碼技術(shù)的進(jìn)步和超大規(guī)模集成電路集成度、計(jì)算速度的提高，信源編碼標(biāo)準(zhǔn)迎來(lái)了更新?lián)Q代的歷史性機(jī)遇。在這個(gè)背景下，以H.264/AVC、AVS為代表的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了。H.264/AVC是一個(gè)高效的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是由國(guó)際電

2、信聯(lián)盟和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組組成的“聯(lián)合視頻組”制訂的。AVS標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)，其視頻標(biāo)準(zhǔn)的主要應(yīng)用對(duì)象是標(biāo)準(zhǔn)清晰度/高清晰度電視。在標(biāo)準(zhǔn)清晰度/高清晰度序列上，AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)的編碼效率與H.264/AVC相當(dāng)，是MPEG-2的2～3倍。
　　2006年2月，AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)正式被批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化推廣的階段。作為AVS編碼標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)，AVS標(biāo)準(zhǔn)清晰度/高清晰度視頻編解碼芯片

3、的研發(fā)對(duì)于 AVS編碼標(biāo)準(zhǔn)的推廣起著重要的推動(dòng)作用。本文對(duì)AVS標(biāo)準(zhǔn)清晰度/高清晰度視頻編解碼芯片中的三個(gè)關(guān)鍵部件——運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊、環(huán)路濾波模塊和變長(zhǎng)解碼模塊的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究和探討，下面給出一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹：
　　1．運(yùn)動(dòng)估計(jì)是AVS視頻編碼芯片中的關(guān)鍵部件，計(jì)算量占整個(gè)編碼器的60％～90％以上。特別是，AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)中采用了多參考幀、變塊大小的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，高效的B幀編碼模式等技術(shù)，在提高了編碼效率的同時(shí)，也大大增加了計(jì)算

4、的復(fù)雜度?；谒惴ǎY(jié)構(gòu)聯(lián)合設(shè)計(jì)的思想，本文中提出了一個(gè)面向硬件實(shí)現(xiàn)的快速整數(shù)精度運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，并給出了相應(yīng)的VLSI實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法具有和AVS視頻參考軟件相當(dāng)?shù)木幋a效率，并且相應(yīng)的VLSI結(jié)構(gòu)可以在較低的時(shí)鐘頻率下，支持標(biāo)清視頻在較大搜索范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)處理；
　　2．環(huán)路濾波是AVS視頻編解碼芯片都要用到的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于如何增加計(jì)算的并行度，同時(shí)降低對(duì)存儲(chǔ)器帶寬的占用。本文提出了兩種環(huán)路濾波處理順序及其相

5、應(yīng)的VLSI實(shí)現(xiàn)。利用了分開(kāi)存儲(chǔ)相鄰塊數(shù)據(jù)的組織策略和一個(gè)可配置的行列轉(zhuǎn)換陣列，兩種VLSI結(jié)構(gòu)都可以滿足高清視頻序列的實(shí)時(shí)濾波。這兩種結(jié)構(gòu)在面積和速度上各占優(yōu)勢(shì)；
　　3．變長(zhǎng)解碼器是AVS視頻解碼芯片中的關(guān)鍵部件，其處理速度直接影響到解碼操作的實(shí)時(shí)性。本文提出的多用途變長(zhǎng)解碼加速器能夠支持 AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)中采用的所有熵編碼算法。該結(jié)構(gòu)根據(jù)嵌入式處理器的指令，完成典型 AVS高清視頻序列的實(shí)時(shí)熵解碼，并包含進(jìn)行起始碼檢測(cè)和丟棄填