【摘 要】
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HEVC(High Efficiency Video Coding)是由联合视频小组在2013年推出的新一代视频编码标准,引入了多种新的编码技术,其压缩性能相比于当前主流视频压缩标准H.264/AVC约提升一
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HEVC(High Efficiency Video Coding)是由联合视频小组在2013年推出的新一代视频编码标准,引入了多种新的编码技术,其压缩性能相比于当前主流视频压缩标准H.264/AVC约提升一倍,但同时也增加了视频编码器的实现复杂度。HEVC中的熵编码器CABAC由于存在较强的数据依赖性,成为视频压缩系统硬件实现中的瓶颈所在。本文首先研究了CABAC各子模块的编码原理,在此基础上分析了CABAC在HEVC视频编码系统中的作用,一为计算率失真优化完成编码单元的决策划分,二为进行实际编码输出最终的二进制码流。基于CABAC的算法分析,本文提出一种率失真决策中算术编码的快速算法,采用二值化后得到的二元符号串长度代替二进制码流长度计算率失真优化,并设计基于该快速算法的硬件架构,在实现过程中就系数扫描顺序依赖性的问题进行研究并解决。该快速算法在视频压缩系统性能损失较小的情况下简化了熵编码器的硬件架构设计,节省了硬件资源开销。本文分析了实际编码中熵编码器的上下文建模和算术编码过程中的数据依赖性,对上下文建模和算术编码模块的硬件架构进行设计并实现。随后本文引入了HEVC并行化技术WPP(Wavefront Parallel Processing),允许多个CTU行并行编码,最后基于上下文建模和算术编码模块与WPP并行化技术实现了一种基于WPP的并行熵编码器的硬件架构,提高了熵编码器的并行度与数据吞吐量。经验证,本设计可以实现在SMIC65nm工艺下以400MHz频率正常工作,能够满足4Kx2K@60fps视频的处理速度需求,可用于高清视频的实时编码领域。
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