hevc中的dct硬件架构设计与hls实现研究

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1、学校代码10701学号1201120331分类TN82号TN91密级公开西安电子科技大学硕士学位论文HEVC中的DCT硬件架构设计与HLS实现研究作者姓名：琚歆一级学科：信息与通信工程二级学科：通信与信息系统学科类别：工学硕士指导教师姓名、职称：雷杰副教授提交日期：2014年12月DCTHardwareArchitectureDesignofHEVCandResearchonHLSImplementationAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequire

2、mentsforthedegreeofMastergraduationinInformationandCommunicationEngineeringByJuxinSupervisor:Prof.LeijieDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书

3、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论

4、文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要ITU-T和ISO/IEC于2013年1月发布了一项新的视频压缩标准—HEVC。HEVC是继H.264之后的新一代视频压缩标准，与H.264相比，HEVC的压缩效率高出一倍，HEVC标准的出现解决了视频分辨率更高、视频数据量更大、存储和传输变得更加困难等难题。DCT变换在图像视频压缩领域的应用非常广泛，作为视频图像压缩的必要环节，DCT算法是图像视频编码算法中最活跃的研究部分之一。HEVC标准中的DCT变换是非常重要的预压缩过程，由于HEVC标准中需要对视频序列预测多个方向

5、，然后通过压缩反馈获得最佳预测方向，因此需要多次执行DCT部分，所以DCT的高效实现显得十分重要。另外，HEVC对于整幅图像有更为灵活的分块机制，其中大尺寸的分块也会为相应尺寸的DCT变换带来不便，因此对大尺寸DCT变换的硬件实现研究显得尤为迫切。本文主要介绍了HEVC视频压缩编码流程中的DCT变换过程，并针对HEVC中DCT的大尺寸计算这一点，完成了两种DCT硬件架构的设计及HLS(High-levelSynthesis)实现。本文的主要工作成果有：提出了以下两种硬件架构(1)基于矩阵相乘的DCT硬件架构及实现。根据资源利用率、处理延迟

6、以及数据吞吐率这三个指标由HLS方法进行综合实现和优化，使得综合结果达到了5.56Gsps的数据吞吐率，满足了4K视频实时传输吞吐率。(2)基于蝶形算法的DCT硬件架构及实现。根据蝶形算法的运算原理，本文采用HLS方法对其进行了设计实现，与已有论文中DCT硬件结构实现结果进行了比较和分析。并以处理延迟以及数据吞吐率作为优化目标进行HLS优化设计，所完成的实现综合结果获得了6.77Gsps的数据吞吐率，比已有文献的实现结果相比获得了更高的数据吞吐率，且该实现可以应用于8K视频实时压缩。本文重点研究了HEVC中的整数DCT变换算法架构设计、H

7、LS实现及其关键技术。在设计过程中解决了资源利用率过高、处理延迟过大和数据吞吐率无法达到目标值等问题；同时采用HLS方法完成了硬件实现，解决了传统硬件开发周期过长的问题，并且能够在一个软件设计上不断迭代出新的应用在不同场景中的硬件架构。最后对上述HLS实现分别完成了RTL功能仿真测试。其中，本文提出的硬件架构和HLS实现方法可广用于4K或8K分辨率视频的实时压缩。关键词：HEVC，DCT，HLS实现论文类型：应用基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTAnewvideocompressionstanda

8、rd,HEVC(HighEfficiencyVideoCoding),isreleasedbythetwoorganizationsITU-TandISO/IECinJanuary2013.H