AVS解码器帧内预测和去块滤波的设计与实现

摘要

随着科技的飞速发展，对数字化信息处理的要求越来越高。但数字信息数据量大的特点也对信息存储设备及通信网络均提出了很高要求。为此，国际标准化组织和运动图像专家组等机构制定了一系列的视频编解码压缩标准，如目前世界领先的H．264标准，来满足数据压缩的要求。 AVS标准作为我国具有自主知识产权的音视频编码标准，起点源于H．264标准，采取了大量的新技术。这些技术包括：帧内预测、可变块大小的运动补偿、1/4像素精度插值、反整数余弦变换和上下文自适应二进制算术编码等。基于这些新技术，使得AVS标准针对某些特定领域，比如标清、高清编解码，压缩效率和解码质量都高于其他标准。并且，AVS标准包含一套由系统、视频、音频、媒体版权管理等的完整标准体系，能提供全面的音视频编解码解决方案，可谓新一代信源标准的上选。 随之而来的，这些新的编解码技术也同时增加了算法和实现的复杂度，影响其应用和普及。为此，人们做了大量的研究工作，进行了算法和设计的优化及改进。本文即是基于上述目的，针对AVS解码器设计提出了一些优化措施，具体内容包括： 首先，在对本课题相关背景技术知识和软硬件开发平台的简要介绍之后，对AVS标准视频编解码的基本原理和总体结构加以阐述，并对其中的关键技术和各功能模块着重对待。 其次，为了提高帧内预测部分的解码性能，深入剖析了帧内预测各种模式的算法，构思出帧内解码系统的总体设计框架。提出一种可行的、共享的预测实现结构，即亮度、色度共享结构相同的预测模块，且不同模块共享一致的预处理单元；并且提出一种灵活的、高效的存储机制，动态的实现更新，避免了因频繁访问外部存储空间造成的时间浪费。最终，在仿真结果的有利支持下，验证功能的正确性和设计的可行性。 再次，为了提高去块滤波部分的解码性能，在综合考虑滤波算法和过程的基础上，提出一些包括滤波顺序和存储结构在内的设计方法，能够更高效的实现对暂存数据的管理和处理，并基于此进行整体的结构设计，经过实验仿真验证功能的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章 绪论

1.1课题相关背景

1.1.1视频标准技术的发展

1.1.2 FPGA技术背景

1.2课题意义与内容安排

第二章 系统开发平台简介

2.1系统开发的硬件平台

2.1.1 FPGA结构简介

2.1.2 Virtex4系列产品

2.2系统开发的软件环境

2.2.1软件设计流程

2.2.2集成开发环境ISE

2.2.3仿真工具Modelsim

第三章 AVS视频编解码技术研究

3.1视频压缩的原理

3.2 AVS视频编解码器结构

3.3 AVS标准的关键技术

3.3.1帧内预测

3.3.2帧间预测

3.3.3亚像素插值

3.3.4变换和量化

3.3.5环路滤波

3.3.6熵编码

第四章 帧内预测算法及设计优化

4.1帧内预测编解码算法

4.1.1帧内编码的应用领域

4.1.2帧内编码的原理与算法

4.2帧内预测模块的结构与功能设计

4.2.1总体结构框图

4.2.2控制模块

4.2.2反整数余弦变换TopIICT模块

4.2.3帧内预测TopIntrapred模块

4.2.4叠加TopCombination模块

4.3仿真与测试

第五章 去块滤波算法及设计优化

5.1去块滤波算法

5.1.1环路滤波

5.1.2边界强度Bs的推导过程

5.1.3块边界阈值α和β的推导过程

5.1.4 Bs等于2时的边界滤波过程

5.1.5 Bs等于1时的边界滤波过程

5.2去块滤波模块的结构设计

5.2.1算法分析

5.2.2流程与结构

5.2.3滤波顺序的优化

5.2.4数据存储的优化

5.2.5参数计算模块设计

5.2.6滤波模块设计

5.2.7具体步骤

5.3仿真与测试

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文