HEVC熵編碼器的VLSI架構(gòu)設(shè)計.pdf

1、隨著多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，人們對視頻分辨率的要求越來越高，視頻分辨率朝著4K(3840×2160)和8K(7680×4320)超高清方向發(fā)展。超高清視頻的高分辨率、高幀率和高像素深度導(dǎo)致了龐大的數(shù)據(jù)量，對視頻編碼技術(shù)提出了更高的要求。針對超高清視頻的編碼需求，新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC(HighEfficiency Video Coding,高效視頻編碼)于2013年正式發(fā)布。相比前一代H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)，HEVC的壓縮

2、率提高1倍，而編碼的復(fù)雜度也大大增加，給超高清視頻的實(shí)時編碼帶來巨大挑戰(zhàn)。HEVC視頻編碼中的熵編碼采用基于上下文的自適應(yīng)二元算術(shù)編碼(CABAC)算法，算法的概率自適應(yīng)和區(qū)間劃分存在很強(qiáng)的數(shù)據(jù)依賴，嚴(yán)重限制了編碼過程的并行度，成為整個HEVC編碼的吞吐瓶頸之一。本文重點(diǎn)研究HEVC熵編碼器的VLSI架構(gòu)設(shè)計，主要貢獻(xiàn)如下:(1)提出了一種基于流水線的HEVC熵編碼器VLSI整體架構(gòu)。本文將熵編碼器劃分為四個主要模塊，分別為二值化與索引

3、計算模塊、上下文初始化模塊、上下文存儲更新模塊以及二元算術(shù)編碼器。
　　(2)提出了一種多二元符號并行處理的二元算術(shù)編碼器結(jié)構(gòu)。針對二元算術(shù)編碼的Range更新過程，本文提出了一種預(yù)先按位取反(Pre-Bitwise-NOT,PBN)技術(shù)，并設(shè)計了相應(yīng)的Range更新單元。為進(jìn)一步縮短Range更新過程的關(guān)鍵路徑，提出了一種使用前向rLPS技術(shù)的Range更新整體結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了相應(yīng)的bin分配策略，細(xì)致優(yōu)化了內(nèi)部級聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了二

4、元算術(shù)編碼器的整體吞吐率。
　　(3)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種支持4個二元符號并行處理的上下文存儲更新模塊。為了獲取較高的處理速度，模塊中的上下文存儲器采用基于寄存器的設(shè)計，并設(shè)計了一種上下文初始化模塊，支持對上下文存儲器的初始化。
　　本文完成了熵編碼器VLSI架構(gòu)的寄存器傳輸級(RTL)設(shè)計，并使用SMIC40nmCMOS標(biāo)準(zhǔn)單元庫進(jìn)行Synopsys Design Compiler邏輯綜合。綜合結(jié)果表明所提出的熵編碼器架構(gòu)吞吐