国产91免费_国产精品电影一区_日本s色大片在线观看_中文在线免费看视频

您現在的位置: 通信界 >> 視頻通信 >> 技術正文  
 
H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計[圖]
[ 通信界 / 佚名 / www.6611o.com / 2012/2/14 8:22:30 ]
 

摘要:基于H.264/AVC視頻編碼標準,完成了編碼模塊中的4×4整數變換量化核的分析和硬件實現的優化設計。通過三種優化設計處理后,在硬件開銷改變不大的情況下,使4×4整數變換量化核的最高工作頻率相比優化前的30.7MHz提高了82%,達到55.8MHz,為H.264/AVC視頻編碼標準的硬件實現提供了參考。

隨著數字化視頻技術在視頻電話、視頻會議、DVD以及高清晰度數字電視等方面的應用,視頻壓縮標準也隨之不斷發展。ITU-T制定的H.26x系列和ISO/IEC制定的MPEG-x系列,是視頻領域中兩大獨立的主流視頻壓縮標準。2003年,這些組織又聯合推出新的視頻壓縮標準H.264/MPEG-4 -10AVC,簡稱H.264/AVC。H.264/AVC采用一系列新的壓縮方法[1],可獲得更好的壓縮效果,其壓縮率達到以往標準的1.5~2倍[2]。因此,基于這一標準的相關研究和硬件實現具有重要的意義。視頻壓縮硬件實現的關鍵是編解碼模塊,其中尤以編碼模塊最為核心。本文主要研究編碼模塊中的4×4整數變換量化核,提出硬件實現的優化方法,并采用Verilog HDL語言進行硬件設計和綜合。

1 4×4整數變換量化核的原理

在以前的視頻編碼標準如MPEG-2和H.263中,對于預測的殘差數據都是采用8×8離散余弦變換(DCT)[1]作為變換的基本運算操作;而在H.264/AVC編碼標準中,則采用類似DCT變換形式的基于4×4像素塊的整數變換。由于變換塊的尺寸縮小,運動物體的劃分更精確,而且運動物體邊緣處的銜接誤差大為減小。

對于整數變換方式,4×4像素塊的變換公式[3]為:

H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計

式中,(CXCT)是二維變換核,Ef是縮放因子矩陣,符號表示CXCT矩陣里的每個元素和Ef矩陣中相同位置的元素相乘,a=1/2,b=H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計。為了更有效地壓縮數據,需要利用量化的方法對變換后的數據進行有損壓縮。同時,由于整數變換需要利用矩陣行向量的歸一化因子進行系數縮放處理,為降低變換的運算量,在H.264/AVC標準中將變換的系數縮放并進行量化運算處理,避免了復雜的實數運算和除法運算,更有利于硬件的實現。

對于量化方式,正向量化運算可由如下公式[3]實現:

H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計

式中,Zij為量化后的系數;Wij為變換矩陣W=CXCT中的元素;MF=H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計·2q,PF稱為縮放系數,根據元素在陣列塊中的不同位置,其取值如表1所示,Qstep為量化步長,由0至51共52個量化參數QP決定,QP增加1,Qstep增加12.5%;q=15+QP/6,QP/6取整數;對于幀內宏塊f取2q/3,幀間宏塊f取2q/6。需要指出的是,MF的值可根據PF和QP的取值經簡單計算得到,并可形成表格,通過查表方式便可實現硬件運算,并有效地提高了運算速度。

H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計
     H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計

2 4×4整數變換量化核的優化設計

為進一步提高硬件運算速度,減少硬件開銷,設計中采用了如下優化方法:

(1)在求取變換陣W=CXCT時,根據變換的對稱性,將X的列變換(矩陣左乘)與行變換(矩陣右乘)分開實現,把二維變換分割為兩次一維變換,并采用快速堞形算法[4]來實現。一維變換的快速算法實現如圖1所示,其中的列變換可用如下算式表示:

H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計

對于每列變換,需要進行8次加法和2次移位運算,而行變換則可根據矩陣轉置的性質ABT=(BAT)T,將經過列變換后的結果矩陣先進行轉置,再采用相同的變換形式運算。這樣對4×4點數據做一次變換,只需通過8×8次加法和2×8次移位運算便可完成。

(2)針對不同運算的位寬需要,設計專用的加法器和乘法器。本文對整數變換中的加法器采用三級流水線加法器,實現9位加法,每級流水線完成三位超前進位加法,將邏輯延遲限制在三位加法器之內。圖2給出了9位加法器的流水線實現框圖。選用EPF10K10LC84-3作為適配器件,經過Synplify Pro 7.3綜合,結果表明這種加法器具有較優的最高工作頻率和硬件開銷。如表2所示, 常規加法器的最高工作頻率為37.0MHz,消耗資源卻為28LC,而經過優化的三級流水線加法器在消耗資源增加不多的情況下,其最高工作頻率相比常規加法器提高了257%,達到94.5MHz。

H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計
      H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計

在量化過程中,對于給定的量化參數QP, MF只有三種取值,因此乘法實現可以采用無符號數乘法運算,乘法結構則采用16×14位加法樹乘法器。這樣,在提高運算速度的同時節約了芯片面積。

(3)對于f的計算,在不影響運算精度的情況下本文采用近似處理。為了避免除法運算,將f的計算式變形,即:

f=2q/3=(215/3)×2m≈[(215+1)/3]×2m≈10923×2m

式中, m取值為0~8,具體由相應的QP給出。由于f在完成加法運算后其結果還需左移q位,所以計算精度不會受影響。這樣,對f的計算只需進行移位操作。

3 4×4整數變換量化核硬件實現

基于上述算法原理及其設計,本文首先對4×4整數變換量化模塊進行C語言編程,驗證了該模塊所采用算法的正確性。然后采用Verilog HDL語言描述4×4整數變換和量化核(幀內模式)的硬件功能,并通過仿真軟件Modelsim SE 5.7進行功能仿真,驗證了該模塊輸出結果與設計要求相一致。最后采用Synplify Pro7.3綜合工具,并以Altera公司的Stratix系列FPGA作為主要目標適配器件進行綜合。

4×4整數變換量化核的二大子模塊的綜合結果如表3所示,表中同時給出經本文優化設計前后的綜合結果作為對比。可見,經本文采用的三種優化設計處理后,在硬件開銷改變不大情況下,變換子模塊的最高工作頻率達到59.4MHz,是未優化前的1.73倍,而量化子模塊的最高工作頻率達到55.8MHz,是未優化前的1.82倍。4×4整數變換量化核的最高工作頻率取各子模塊的最低頻率,這樣其優化后的最高工作頻率是55.8MHz,相比優化前的30.7MHz提高了82%。

H.264/AVC視頻編碼變換量化核的硬件設計

本文對H.264/AVC協議中的4×4整數變換量化核從算法原理到硬件實現進行了分析和設計。采用自頂向下的Verilog HDL設計流程,實現了4×4整數變換量化核硬件功能的優化設計,模塊的最高工作頻率提高了82%,為H.264/AVC視頻編碼標準的硬件實現提供了參考。

 

作者:佚名 合作媒體:不詳 編輯:顧北

 

 

 
 熱點技術
普通技術 “5G”,真的來了!牛在哪里?
普通技術 5G,是偽命題嗎?
普通技術 云視頻會議關鍵技術淺析
普通技術 運營商語音能力開放集中管理方案分析
普通技術 5G網絡商用需要“無憂”心
普通技術 面向5G應運而生的邊緣計算
普通技術 簡析5G時代四大關鍵趨勢
普通技術 國家網信辦就《數據安全管理辦法》公開征求意見
普通技術 《車聯網(智能網聯汽車)直連通信使用5905-5925MHz頻段管理規定(
普通技術 中興通訊混合云解決方案,滿足5G多元業務需求
普通技術 大規模MIMO將帶來更多無線信道,但也使無線信道易受攻擊
普通技術 蜂窩車聯網的標準及關鍵技術及網絡架構的研究
普通技術 4G與5G融合組網及互操作技術研究
普通技術 5G中CU-DU架構、設備實現及應用探討
普通技術 無源光網絡承載5G前傳信號可行性的研究概述
普通技術 面向5G中傳和回傳網絡承載解決方案
普通技術 數據中心布線系統可靠性探討
普通技術 家庭互聯網終端價值研究
普通技術 鎏信科技CEO劉舟:從連接層構建IoT云生態,聚焦CMP是關鍵
普通技術 SCEF引入需求分析及部署應用
  版權與免責聲明: ① 凡本網注明“合作媒體:通信界”的所有作品,版權均屬于通信界,未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用。已經本網授權使用作品的,應在授權范圍內使用,并注明“來源:通信界”。違反上述聲明者,本網將追究其相關法律責任。 ② 凡本網注明“合作媒體:XXX(非通信界)”的作品,均轉載自其它媒體,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。 ③ 如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一月內進行。
通信視界
華為余承東:Mate30總體銷量將會超過兩千萬部
趙隨意:媒體融合需積極求變
普通對話 苗圩:建設新一代信息基礎設施 加快制造業數字
普通對話 華為余承東:Mate30總體銷量將會超過兩千萬部
普通對話 趙隨意:媒體融合需積極求變
普通對話 韋樂平:5G給光纖、光模塊、WDM光器件帶來新機
普通對話 安筱鵬:工業互聯網——通向知識分工2.0之路
普通對話 庫克:蘋果不是壟斷者
普通對話 華為何剛:挑戰越大,成就越大
普通對話 華為董事長梁華:盡管遇到外部壓力,5G在商業
普通對話 網易董事局主席丁磊:中國正在引領全球消費趨
普通對話 李彥宏:無人乘用車時代即將到來 智能交通前景
普通對話 中國聯通研究院院長張云勇:雙輪驅動下,工業
普通對話 “段子手”楊元慶:人工智能金句頻出,他能否
普通對話 高通任命克里斯蒂安諾·阿蒙為公司總裁
普通對話 保利威視謝曉昉:深耕視頻技術 助力在線教育
普通對話 九州云副總裁李開:幫助客戶構建自己的云平臺
通信前瞻
楊元慶:中國制造高質量發展的未來是智能制造
對話亞信科技CTO歐陽曄博士:甘為橋梁,攜"電
普通對話 楊元慶:中國制造高質量發展的未來是智能制造
普通對話 對話亞信科技CTO歐陽曄博士:甘為橋梁,攜"電
普通對話 對話倪光南:“中國芯”突圍要發揮綜合優勢
普通對話 黃宇紅:5G給運營商帶來新價值
普通對話 雷軍:小米所有OLED屏幕手機均已支持息屏顯示
普通對話 馬云:我挑戰失敗心服口服,他們才是雙11背后
普通對話 2018年大數據產業發展試點示范項目名單出爐 2
普通對話 陳志剛:提速又降費,中國移動的兩面精彩
普通對話 專訪華為終端何剛:第三代nova已成為爭奪全球
普通對話 中國普天陶雄強:物聯網等新經濟是最大機遇
普通對話 人人車李健:今年發力金融 拓展汽車后市場
普通對話 華為萬飚:三代出貴族,PC產品已走在正確道路
普通對話 共享退潮單車入冬 智享單車卻走向盈利
普通對話 Achronix發布新品單元塊 推動eFPGA升級
普通對話 金柚網COO邱燕:天吳系統2.0真正形成了社保管