基于FPGA的CABAC编码器设计.pdf

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1、基于FPGA的CABAC编码器设计王震2015年1月中图分类号：UDC分类号：基于FPGA的CABAC编码器设计作者姓名王震学院名称信息与电子学院指导教师张延军副研究员答辩委员会主席肖文栋教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月TheDesignofCABACencoderbasedonFPGACandidateName:ZhenWangSchoolorDepartment:SchoolofInformationandElectronicsFacultyMento

2、r:AssociateProf.YanjunZhangChair,ThesisCommittee:Prof.WendongXiaoDegreeApplied:MasterofScienceMajor:ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢

3、的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要近几十年来，高清乃至超高清数字视频的发展，对视频压缩技术提出了越来越高的要求，尽管原来的压缩技术也能从事高清视频的编码，但由于原来的技术在编码算法和关键技术上的不完善，导致它的编码质量并不能达到用户的要求。正是在这种背景下，H.264应运而生，H.264不但具有较高的压缩效率

4、，而且还具有较高的网络的亲和性。正是由于H.264的这些优异的性能，使它在视频编码领域越来越受到重用。作为H.264中的关键技术，熵编码性能的好坏，直接关系到最终图像的质量。H.264定义了两类熵编码，即基本档次中的基于上下文的自适应可变长编码（CAVLC）和主要档次中的基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)。相比CAVLC,CABAC的压缩效率可提高9%～14%，但由于其计算复杂度较大，前后数据相关性强，高速率、低功耗的CABAC编码器设计一直是科研人员研究的重点。本文在总结和理解前人工作的基础上，通过对

5、CABAC编码算法的深入研究，提出一种新型的编码器架构。在二进制化和上下文模型选择模块，提出一种通用的二值化架构，将四种二值化方法集成到一起，通过一个控制器统一控制，大大降低了计算复杂度。在二进制算术编码模块，采用多级流水线和双路径存储设计解决了数据依赖问题，提高了系统的吞吐率。在归一化模块，为了降低计算复杂度，将整个归一化过程拆分成几个子过程，分配到不同的流水中去，大大节省了硬件面积，提高了编码速度。关键词：H.264；熵编码；CABCA；流水线；IAbstractInrecentdecades,withthed

6、evelopmentofhighdefinitionandUltra-highdefinitiondigitalvideo,higherandhigherrequirementswereproposedforvideocompressiontechnology.Althoughtheoriginalcompressiontechnologycanalsoengagedinthecodingofhighdefinitionvideo,duetothedeficiencyofitstechnology,thecodin

7、gqualitycan’tfullymeettheusers’demand.Asanewgenerationofvideocodingstandard,H.264notonlyhasexcellentcompressionperformancebutalsohasverygoodnetworkaffinity.Comparedtothepreviousvideocodingstandards,itgreatlyimprovestheefficiencyandqualityofthevideotransmission

8、.AsthemaintechnologyinH.264,thattheentropycodingperformswellornotisdirectlyrelatedtothequalityofthefinalimage.H.264hastwokindsofentropycoding,oneiscalledcontext-basedadaptivevariab