AVS视频解码器可变长解码和反量化反变换模块硬件设计与实现

摘要

先进音视频编码标准(AVS)是我国自主研发制定的关于数字电视、IPTV等音视频系统的基础性数字音视频编解码标准。AVS标准第2部分(AVS-P2)是高效的第二代视频编码技术，其实现方案简洁，并拥有与H.264近似的压缩性能。AVS标准的编码效率得到了极大的提高，其运算复杂度也大大增加，另外实际应用环境中对实时运算的限制，这都对视频解码器的硬件的实现提出了很高的要求和巨大的挑战。
　　 本文深入研究了AVS标准，详细分析了可变长解码算法、逆扫描、反量化和反变换算法，提出了适用于AVS视频解码标准的可变长解码模块、反量化模块和反变换模块的硬件架构。可变长解码模块通过桶形移位寄存器、优化压缩查找表索引等方法以及并行和复用技术的应用，达到设计的高速、低开销。在反量化模块的设计中，反量化运算与之前的逆扫描模块中两个乒乓RAM共同节省了处理时间。反变换模块通过模块复用，实现了一种新颖的流水线结构的一维整数反变换核的运算与设计，在大大节约硬件资源的同时，也明显提高了速度。
　　 设计采用自顶向下的设计方法，运用Verilog硬件描述语言完成了可变长解码模块、反量化模块和反变换模块的RTL级建模，以参考模型RM52j为基础建立了正确的C_model。使用SystemVerilog语言结合高级验证方法学(AVM)搭建验证平台对设计进行了功能验证，采用事务级的验证策略，使用了随机约束和功能覆盖率等验证技术新特性。使用该验证平台能够极大的提高验证效率，并且其组件具有可重用性。应用Mentor公司的仿真工具ModelSim对三个模块进行功能仿真。采用中芯国际(SMIC)的0.18μm工艺库，用Synopsys的DesignCompiler进行逻辑综合，并采用了合适的综合策略和优化手段。
　　 综合和验证结果表明，上述三个模块的设计均达到了本课题要求的目标。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 AVS解码器的发展概况

1.3 论文主要内容和论文结构

第二章 AVS解码器原理

2.1 AVS标准概论及解码体系结构

2.2 AVS的比特流结构及其层次关系

2.3 AVS标准变长解码原理

2.3.1 k阶指数哥伦布码

2.3.2 二维变长码解码

2.4 AVS标准逆扫描反量化原理

2.4.1 逆扫描（重排序）

2.4.2 反量化

2.5 AVS标准反变换原理

2.6 设计问题与方法

第三章 AVS解码器模块的架构设计和RTL实现

3.1 可变长解码模块

3.1.1 复用和并行技术的实现

3.1.2 去除填充比特模块

3.1.3 指数哥伦布解码模块

3.1.4 二维变长码解码模块

3.2 逆扫描反量化模块

3.2.1 逆扫描模块设计

3.2.2 乒乓RAM结构的应用

3.2.3 反量化模块设计

3.3 反变换模块

3.3.1 3级流水线结构的应用

3.3.2 选择器(MUX)模块

3.3.3 一维逆整数余弦变换(IDCT)模块

3.3.4 后处理(Post process)模块

3.3.5 矩阵转置(Trans RAM)模块

第四章 AVS解码器中可变长解码模块和反量化反变换模块的仿真和验证

4.1 功能验证

4.1.1 验证策略及方法

4.1.2 SystemVerilog简介

4.1.3 AVM高级验证方法学

4.1.4 C参考模型

4.1.5 搭建验证平台

4.1.6 功能验证结果

4.2 逻辑综合

4.2.1 逻辑综合介绍

4.2.2 Design Compiler简介

4.2.3 综合结果

第五章 结果

参考文献

致谢

攻读硕士学位期问发表的学术论文

学位论文评阅及答辩情况表