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在FPGA上实现H.264/AVC视频编码标准

作者:FPGA技术网/Xilinx公司 Wilson C. Chung?? 2006年03月26日 ?? 收藏0

?????? 小块尺寸,层次化,精确匹配反变换和短字长变换。 ? ?????

?????? 同其他标准一样,H.264/AVC 也是对运动补偿预测残留施加变换编码。 ? ?????

?????? 但是,与以前采用 8×8 离散余弦变换 (DCT) 的标准不同,这种变换是施加于 4 x 4 块上,并且采用 16 位整数格式,可以精确地进行反变换。小块有助于减小分块和振铃结果,而精确整数规范则消除了编码器与反变换中的解码器之间的一切不匹配问题。 ? ?????

?????? 此外,还采用了一种基于阿达玛矩阵 (Hadamard matrix) 的附加变换,以实现已变换块的 16 个 DC 系数的冗余。与 DCT 相比,所有整数变换矩阵中只

包含从 -2 到 2 之间的整数。这样,只使用低复杂度的移位寄存器和加法器就可以通过 16 位算术计算变换和反变换。 ?

?????? 算术和上下文自适应熵编码。 ? ?????

?????? 有两种熵编码方法:一种是基于上下文自适应切换变长编码集 (CAVLC) 的低复杂度技术,一种是计算要求更高的基于上下文的自适应二进制算术编码 (CABAC) 算法。 ? ?????

?????? CAVLC 是 H.264/AVC 的基本熵编码方法。其基本编码工具包括一个结构化 Exp-Golomb 编码 VLC,它通过单独定制的映射,可应用于除与量化变换系数有关的语法元素以外的所有语法元素。CABAC则采用了一种更为复杂的编码方案。 ? ?????

?????? 首先,根据一种预定义的扫描模式,将变换系数映射到一个 1 维数组。量化后,块将只包含一些重要的非零系数。 ? ?????

?????? 根据该统计结果,使用5个数据元素来传递特征 4 × 4 块的量化变换系数的信息。使用 CABAC 可进一步改善熵编码的效率。 ? ?????

?????? CABAC 中的两个部分。规定算术编码内核引擎及其相关的概率估计是免乘法、低复杂度方法,只能使用移位和查找表。自适应编码的使用使之能够与非静止符号统计适应。通过采用根据前面编码语法元素进行估计从而在条件概率模型间切换的上下文建模方法,CABAC 可获得比 CAVLC 低 5~15% 的位速率。

典型H.264/AVC硬件/软件功能块分割

点击看原图

图2? 典型H.264/AVC硬件/软件功能块分割 ? ?????

???????图 2 显示了 H.264/AVC SD 视频编解码器系统级功能块的典型分割。该解决方案基于针对 TI公司的TMS320DM642 DSP 的 Spectrum Digital EVM DM642 评估模块,结合 Xilinx XEVM642- 2VP20 Virtex-II Pro或XEVM642-4VSX25 Virtex-4子插件板实现。 ?

????????结语 ? ?????

????????以最优模式使用时,与以前的视频编码标准(如 MPEG-4 第 2 部分和 MPEG-2)相比,H.264/AVC 标准的编码工具可在很宽的位速率和分辩率范围内使编码效率提高约50%。但是,当分辩率比源输入格式 (SIF) 高时,算法极为复杂。??


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视频? FPGA? 编码? 标准?

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