高效能H.264高清编码器设计

发布时间：2017-04-10 08:19

  本文关键词：高效能H.264高清编码器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着移动互联网的迅速发展,H.264作为当前主流的视频编码标准,广泛应用于运动相机、无人机航拍器、摄像手表等移动设备。由于移动设备的低功耗要求越来越高,本文对H.264高清编码器进行了低功耗设计。本文从低电压设计和时钟门控设计两个方面对H.264高清编码器进行低功耗设计。通过研究分析,本文得出了电路效能最佳的工作电压为0.6V,针对该近阈值电压下电路延时增加、性能下降的情况,本文提出了一种交错式的帧内4x4预测方法和一种新的重建环路处理方法,并通过流水线技术和关键数据预处理技术对关键流水级进行优化,减少了预测和重建环路的等待时间,提升了编码器性能,在此基础上,对编码器关键路径进行了优化。通过编码器性能优化和关键路径优化相结合的方式,解决了低电压下编码器性能降低的问题,完成了H.264高清编码器的低电压设计。传统的时钟门控方式依赖于综合工具自动插入时钟门控单元,这种时钟门控方式仅减少了寄存器级时钟的无效翻转,为了进一步降低编码器的功耗,本文提出了一种细粒度的时钟门控策略,通过分析H.264编码器不同级别电路的工作和空闲状态,分别从流水线级、模块级以及RAM三个方面进行时钟门控设计。本文对H.264高清编码器进行了功能验证,并给出了详细的功耗仿真结果,最终编码器在SMIC40nm工艺、720p@30fps下的编码功耗为7.01mW,归一化功耗为0.252 nJ/Pixel。
【关键词】：低功耗 H.264高清编码器 低电压 时钟门控
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN762
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 论文研究背景和研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 论文主要内容和设计指标11
• 1.4 论文组织结构11-13
• 第二章 低功耗设计常用方法13-23
• 2.1 CMOS电路的功耗组成13-15
• 2.1.1 CMOS电路的静态功耗13-14
• 2.1.2 CMOS电路的动态功耗14-15
• 2.2 常用的低功耗设计方法15-21
• 2.2.1 低电压技术15-17
• 2.2.2 时钟门控技术17-20
• 2.2.3 多电压域技术20
• 2.2.4 电源门控技术20-21
• 2.3 H.264低功耗设计分析21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 H.264高清编码器高效能优化设计23-47
• 3.1 H.264高清编码器整体架构设计23-24
• 3.2 H.264高清编码器低电压设计24-38
• 3.2.1 编码器低电压设计分析24-26
• 3.2.2 编码器性能优化26-36
• 3.2.3 编码器关键路径优化36-38
• 3.3 H.264高清编码器时钟门控设计38-46
• 3.3.1 流水线级时钟门控设计39-41
• 3.3.2 模块级时钟门控设计41-44
• 3.3.3 RAM时钟门控设计44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 H.264高清编码器高效能优化验证47-57
• 4.1 H.264高清编码器功能验证47-50
• 4.1.1 仿真验证47-49
• 4.1.2 FPGA验证49-50
• 4.2 H.264高清编码器低电压设计验证50-52
• 4.2.1 性能优化验证50-52
• 4.2.2 关键路径优化验证52
• 4.3 H.264高清编码器门控时钟设计验证52-56
• 4.3.1 流水线级时钟门控技术验证与分析53
• 4.3.2 模块级时钟门控技术验证与分析53-54
• 4.3.3 RAM时钟门控技术验证与分析54-55
• 4.3.4 时钟门控设计效果总结55-56
• 4.4 与国外论文结果的对比56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57
• 5.2 展望57-59
• 致谢59-61
• 参考文献61-65
• 作者简介65

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