基于HEVC帧内硬件编码器的架构及算法
发布时间：2021-11-10 21:29
针对战场视频情报的编解码,提出了一种基于HEVC标准的帧内编码器的硬件结构及算法实现,支持分辨率为2160@30fps视频的实时帧内编码操作。编码器基于码域的bin计数和基于变换域的失真估计简化率失真分析,可以对大量帧内预测模式进行筛选。同时建立单独的4×4块重构回路,以支持帧内4×4模式;不同尺寸的块交叉处理以补偿重构回路的延时。编码器的实现使用了TSMC-90 nm芯片的1 086 k门以及52 kB片上内存。在2160p@30fps视频序列下,相比于HM软件,BD-Rate均值为5.46%。
【文章来源】：火力与指挥控制. 2020,45(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
帧内编码器结构图
闹柿克鹗?迪至烁??的数据吞吐量。特别是，4K视频序列和配置文件1的BD-Rate是5.46豫。编码器可以使用配置文件4处理其他序列，这提高了平均压缩效率（BD-Rate为4.2豫A-E）。5结论提出的帧内编码器支持2160p@30fps分辨率视频实时编解码，满足当前战场上各类视频情报的要求。硬件结构利用RDO的简化以及单独4×4重构回路和帧内预测模式的交叉处理，实现了视频数据的高吞吐量。基于原始样本生成预测模式的预先筛选与其他常规进程使用相同的硬件资源。硬件设计成本低，资源消耗低，与现有通信设备中的其他设图7主预测模式决策模块结构·160·0534
?渌??置保持不变，对6类视频序列进行质量损失的评估。下面描述了4种方式，使得算法适应于硬件设计。1.1简化码率估计图1统计了D类视频序列所有的CU块CABAC输出的比特数与输入bin数之比的概率密度函数。比特数与bin关系紧密，QP值越小，关系越紧密。将输出的比特数直接替换为输入的bin数可以简化率估计。在相同条件下，和基于固定概率模型的码率进行比较，使用该方法的损耗更小，BD-Rate和BD-PSNR的值分别为0.79豫和-0.034dB。当视频序列为A-C时，帧内编码的BD-Rate和BD-PSNR值分别为6.27豫和-0.26dB。图1CABAC输出比特与输入bin之比概率密度函数1.2简化失真估计在HEVC中，率失真优化（RDO）使用的失真度是用原始样本和对应的重构样本的差的平方和（SSE）表示的。重构过程中涉及到逆变换的计算带来了延迟。变换域中进行失真估计可以在避免逆变换情况下得到SSE值［7］。在码域上的RD可以表示为如下形式：J（R，D）=R+D·姿-1（1）R为码率，D为失真度，姿为拉格朗日乘数因子。失真度的值是由量化步长QS以及量化余数驻决定的：D=2-14·N2·Q2S·∑N-1i=0∑N-1j=0驻2ij（2）N为变换块的大小，2-14·N2将能量误差从变换域归一化到残差域。量化余数主要有系数Yij，量化中用到的乘法因子MFQ，偏移量f以及量化参数QP决定。驻"ij=Yij·MFQ·2log2（N）-QP/6-21蓸蔀（3）驻ij=驻"ij如果驻"ij＜1-f否则驻ij=1-驻"ij在HM中，拉格朗日乘数因子是由量化参数QP决定：姿=0.57·2（QP-1）/3（4）量化步长是由QP和N决
【参考文献】：
硕士论文
[1]面向新一代视频编码标准HEVC的低复杂度编码技术研究[D]. 肖楠.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3487979
【文章来源】：火力与指挥控制. 2020,45(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
帧内编码器结构图
闹柿克鹗?迪至烁??的数据吞吐量。特别是，4K视频序列和配置文件1的BD-Rate是5.46豫。编码器可以使用配置文件4处理其他序列，这提高了平均压缩效率（BD-Rate为4.2豫A-E）。5结论提出的帧内编码器支持2160p@30fps分辨率视频实时编解码，满足当前战场上各类视频情报的要求。硬件结构利用RDO的简化以及单独4×4重构回路和帧内预测模式的交叉处理，实现了视频数据的高吞吐量。基于原始样本生成预测模式的预先筛选与其他常规进程使用相同的硬件资源。硬件设计成本低，资源消耗低，与现有通信设备中的其他设图7主预测模式决策模块结构·160·0534
?渌??置保持不变，对6类视频序列进行质量损失的评估。下面描述了4种方式，使得算法适应于硬件设计。1.1简化码率估计图1统计了D类视频序列所有的CU块CABAC输出的比特数与输入bin数之比的概率密度函数。比特数与bin关系紧密，QP值越小，关系越紧密。将输出的比特数直接替换为输入的bin数可以简化率估计。在相同条件下，和基于固定概率模型的码率进行比较，使用该方法的损耗更小，BD-Rate和BD-PSNR的值分别为0.79豫和-0.034dB。当视频序列为A-C时，帧内编码的BD-Rate和BD-PSNR值分别为6.27豫和-0.26dB。图1CABAC输出比特与输入bin之比概率密度函数1.2简化失真估计在HEVC中，率失真优化（RDO）使用的失真度是用原始样本和对应的重构样本的差的平方和（SSE）表示的。重构过程中涉及到逆变换的计算带来了延迟。变换域中进行失真估计可以在避免逆变换情况下得到SSE值［7］。在码域上的RD可以表示为如下形式：J（R，D）=R+D·姿-1（1）R为码率，D为失真度，姿为拉格朗日乘数因子。失真度的值是由量化步长QS以及量化余数驻决定的：D=2-14·N2·Q2S·∑N-1i=0∑N-1j=0驻2ij（2）N为变换块的大小，2-14·N2将能量误差从变换域归一化到残差域。量化余数主要有系数Yij，量化中用到的乘法因子MFQ，偏移量f以及量化参数QP决定。驻"ij=Yij·MFQ·2log2（N）-QP/6-21蓸蔀（3）驻ij=驻"ij如果驻"ij＜1-f否则驻ij=1-驻"ij在HM中，拉格朗日乘数因子是由量化参数QP决定：姿=0.57·2（QP-1）/3（4）量化步长是由QP和N决
【参考文献】：
硕士论文
[1]面向新一代视频编码标准HEVC的低复杂度编码技术研究[D]. 肖楠.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3487979
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3487979.html
