基于模块级流水和并行处理的CAVLC编码器实现

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1、基于模块级流水和并行处理的CAVLC编码器实现陆伊等2010年12月第41卷第4期(总第141期)陆伊，杨爱良，章宇东(中国航空无线电电子研究所，上海200233)[摘要]基于上下文的自适应变长编码(CAVLC)是高清视频压缩标准H．264的关键模块。CAVLC编码器设计的优劣直接影响系统实时性．本文设计的编码器整体采用模块级流水线架构，关键子模块内部采用并行处理，提高了实时性。设计在Xilinx公司的xc5vlx330t芯片上实现，综合后时钟频率可达222MHz。视频数据的实际测试显示，编码器可满足系统实时性需求。[关键词]

2、CAVLC；模块级流水；并行处理【中图分类号]TN919．3+【文献标识码】A【文章编号]1006．141X(2010)04-0033-04CAVLCEncoderImplementationBasedonModuleLevelPipelineandParallelProcessLUYi，YANGAi—liang，ZHANGYu-dong(ChinaNationalAeronauticalRadioElectronicsResearchInstitute，Shanghai200233，China)Abstract：Contex

3、t-basedAdaptiveVariableLengthCoding(CAVLC)isakeymoduleofH．264，theHDvideocompressionstandard．ThedesignofCAVLCencoderhasadirecteffectonsystemreal-time．Apromotiononreal-timeisachievedbyamodulelevelpipelinearchitectureusedontheentireencoderandaparallelprocessusedinkeysu

4、b-module．Thedesignisimplementedonxc5vlx330tchipofXilinxcorp．；thefrequencycanreach222MHzaftersynthesis．Actualtestofvideodatapresentsthatthesystemreal-timecouldbesatisfied．Keywords：CAVLC；modulelevelpipeline；parallelprocess1CAVLC算法分析分辨率高、画质清晰、播放流畅、占带宽低、存储空间小逐渐成为视频领域的公认

5、需求，由ITU-T和MPEG联合制定的新一代视频压缩标准H．264很好满足了这些需求。新一代视频压缩标准H．264仍采用类似MPEG-4的预测、变换、熵编码等算法混合的架构，而核心算法则选取了新技术，使性能大为提升并达到了该架构的极致。CAVLC是H．264引入的新技术之一。本文首先分析了CAVLC算法的基本原理，然后根据硬件实现的特点，以提高实时性为出发点，提出了模块级流水线架构、关键模块并行处理的实现方案。CAVLC属于变长编码的一种。变长码的原理是建立一张输入数据与输出码字的映射码表，对出现概率高的数据从码表中选取短码字

6、，对出现概率低的数据选取长码字，使平均码字长度接近信息熵Ⅲ。CAVLC在此基础上引入上下文自适应，即建立多张码表，并根据已经编解码好的句法元素动态选择不同的码表，以达到更好的编码效率。．33December2010V01．41No．4(serialNo．141)航空电子技术AVIONICSTECHNOLOGY在编码器系统中，CAVLC位于视频编码层的尾端。它以子块(block)为单位串行处理变换量化模块输出的残差数据，得到的变长码及码长，输出到网络提取层(NAL)。CAVLC算法实现都可划分成以下三部分：(1)扫描(scan)

7、：·解析块信息，然后按照反之字(zig-zag)顺序读取子块数据。·对子块数据实时进行参数统计，得到5类参数。·根据上下文，计算nC。(2)编码(emcoder)，对5类参数分别进行编码[21：·非零系数和拖尾系数个数的编解码(CT)：根据上下文，查表得到一个码字。·拖尾正负l的符号标记的编解码(Tls)：记录±l的符号位。·非零、非拖尾系数幅值大小的编解码(1evel【i】)：经计算得到一组码字。’·零系数个数的编解码(Tz)：查表得到一个码字。·非零系数间连续0的个数的编解码(run[i】)：经计算、查表后得到一组码字。(

8、3)打包(pack)：按照CT-YTls'-Ylevel[i】--)TZ'-)run[i】的顺序将码字及相应码长成对写入输出缓存。2模块级流水线由于残差数据以子块为单位串行输入，而CAⅥ．C的三大子模块一扫描、编码、打包也是按顺序处理，这样的处理过程非常适合流水线操作。图l给