AVS编码器中帧内预测与环路滤波模块的设计与实现

发布时间：2017-09-23 23:03

  本文关键词：AVS编码器中帧内预测与环路滤波模块的设计与实现

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【摘要】：随着现代通信、多媒体以及网络技术的高速发展,人类获取信息的需求更为迫切。视频是人们获取外界信息的重要途径之一,但是视频信息量大,传输时需要高带宽。因此,如何有效的压缩视频信息至关重要。AVS (Audio Video coding Standard)标准作为新一代的视频压缩标准,是由中国音视频编码标准专家组制定的,AVS具有知识产权清晰、技术方案简洁、性能先进、实现成本低等优点,它能够在有限的带宽下传输较高质量的视频,节省传输费用,具有广阔的应用前景。然而AVS编码器算法复杂,用软件实现难以达到编码实时性的要求。本文通过研究AVS基本档次编码器中帧内预测模块和环路滤波模块的硬件实现,对设计中出现的问题提出了有效的解决方法。本论文主要工作如下：(1)设计AVS帧内预测模块：利用相邻块之间最佳预测模式相关性以及块内像素变化趋势的方向性来减少帧内预测候选模式；参考样本管理模块用于解决存储器带宽限制数据吞吐率和影响编码效率的问题；将设计的预测核心单元PE组成预测单元阵列以简化参考数据选择机制；通过脉动阵列以及移位代替乘法运算等实现复杂的Plane模式。(2)设计AVS环路滤波模块：采用5级流水线结构,将复杂的滤波计算所产生的路径延时分配到5个时钟周期上,降低关键路径的延时：充分利用数据相关性,改进滤波顺序,使得滤波数据集中处理,减少对滤波子块的存取次数；为使滤波器能够处理两种边界,设计暂存/行列转置寄存器组；设计参数预计算模块,提高滤波效率；将设计的滤波计算单元做并行处理,提高滤波速度。(3)采用自顶向下的设计方法,通过Verilog HDL语言完成了帧内预测模块和环路滤波模块的RTL级设计,并利用ModelSim进行功能仿真,最后对设计结果进行性能分析。结果表明,上述两个模块完全满足4CIF格式视频实时编码要求。
【关键词】：AVS 视频编码 帧内预测 环路滤波 流水线技术
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 视频标准技术的发展11-12
• 1.3 视频编码器的研究现状12-15
• 1.4 论文的主要工作和组织结构15-16
• 第二章 AVS原理分析及设计关键技术16-34
• 2.1 AVS标准简介16-18
• 2.1.1 AVS标准编码框架16-17
• 2.1.2 AVS标准关键技术17-18
• 2.2 AVS帧内预测原理18-24
• 2.2.1 AVS帧内预测模式19-20
• 2.2.2 参考样本的获得20-21
• 2.2.3 亮度块帧内预测21-23
• 2.2.4 色度块帧内预测23-24
• 2.3 AVS环路滤波原理24-29
• 2.3.1 推导边界强度滤波强度BS25-26
• 2.3.2 推导边界阈值26-27
• 2.3.3 滤波过程27-29
• 2.4 设计关键技术29-32
• 2.4.1 算法优化29-30
• 2.4.2 流水线技术30
• 2.4.3 模块化设计30-31
• 2.4.4 设计中需考虑的其它问题31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 帧内预测模块的设计与实现34-46
• 3.1 AVS帧内预测模块划分及硬件设计34-45
• 3.1.1 帧内预测模式选择模块34-36
• 3.1.2 参考样本管理模块36-38
• 3.1.3 预测值计算模块38-43
• 3.1.4 重建单元43
• 3.1.5 控制单元43-45
• 3.2 本章小结45-46
• 第四章 环路滤波模块的设计与实现46-60
• 4.1 环路滤波的模块划分及硬件设计46-50
• 4.1.1 流水线结构设计46-48
• 4.1.2 滤波顺序优化48-49
• 4.1.3 AVS环路滤波并行度的提高49-50
• 4.2 滤波流程控制模块50-52
• 4.2.1 帧级滤波流程控制50-51
• 4.2.2 块级滤波流程控制51-52
• 4.3 暂存/行列转置寄存器52-55
• 4.4 参数计算模块设计55-58
• 4.4.1 边界强度的推导55-56
• 4.4.2 滤波阈值和裁剪参数的推导56-58
• 4.5 滤波计算模块58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 仿真与验证60-72
• 5.1 软件开发环境60-63
• 5.1.1 FPGA设计流程60-62
• 5.1.2 集成开发环境Quartus Ⅱ62-63
• 5.1.3 仿真工具ModelSim63
• 5.2 验证方法63
• 5.3 验证结果及性能分析63-70
• 5.3.1 帧内预测模块的仿真验证及性能分析63-66
• 5.3.2 环路滤波模块的仿真验证及性能分析66-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 总结与展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间论文发表的学术论文79-80
• 附录80-87

【参考文献】

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本文编号：907945