H.264中CAVLC解码器的VLSI设计

摘要

H．264是由ITU和ISO/IEC联合发布的新一代视频编码标准。同以前的编码标准相比，H．264的压缩效率提升将近一倍，而且它具有良好的网络亲和性，能够适应各种网络的传输。本论文的研究课题是H．264中CAVLC解码器的VLSI设计。CAVLC（基于上下文的自适应变长编码）是H．264视频编码标准中一种重要的熵编码技术，它在H．264的基本档次、主要档次和扩展档次中均被支持。本论文即基于H．264的基本档次，用VLSI设计方法去设计一个适用于实时视频通信的CAVLC解码器。 CAVLC不同于一般的变长编码，它能够根据以往编码的数据在若干码表中自适应的选择，找出与当前编码数据统计特性最相符的一个码表来进行编码。本文对CAVLC的编解码原理及过程进行了详细的探讨，并给出具体的CAVLC编解码举例。在深入理解CAVLC解码流程的基础上，本文完成了CAVLC解码器的VLSI设计。设计引入首“1”检测器来对关键码表进行划分，加快查表解码速度；采用一个控制器来对所有的解码子模块进行控制。整个设计采用Verilog HDL进行实现，解码一个4x4块最多需要62个时钟周期。设计通过了功能仿真以及门级后仿，能够连续地对输入码流进行正确解码。 本设计采用TSMC 0．18um CMOS工艺，在Synopsys Design Compiler中进行综合，综合得到的门级电路运行频率可达41．67MHz，电路规模8．9k门，动态功耗3．28mW。该设计能够基本满足4CIF视频的实时解码要求。

目录

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英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

1 引言

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 CAVLC研究现状

1.4 主要工作和论文结构

2 视频编码技术

2.1 视频编码意义

2.2 视频编码的依据

2.3 视频编码技术综述

2.3.1 预测编码

2.3.2 变换编码

2.3.3 熵编码

2.4 视频编码标准的发展历程

2.5 H.264视频编码标准

2.5.1 H.264编解码器

2.5.2 H.264结构

2.5.3 H.264标准的技术特点

2.5.4 H.264的档次及应用

2.6 本章小结

3 H.264中的CAVLC

3.1 CAVLC基本原理

3.2 CAVLC中的语法元素

3.3 CAVLC编码流程

3.3.1 对coeff_token进行编码

3.3.2 编码每个拖尾系数的符号

3.3.3 编码剩余的非零系数幅值Level

3.3.4 编码total_zeros

3.3.5 编码每一个非零系数的游程run_before

3.4 CAVLC解码过程

3.4.1 解码coeff_token

3.4.2 解码拖尾系数符号

3.4.3 解码其它的非零系数幅值Level

3.4.4 解码total_zeros

3.4.5 解码游程run_before

3.4.6 将非零系数幅值和游程信息进行合并

3.5 编解码举例

3.5.1 编码过程

3.5.2 解码过程

3.6 本章小结

4 CAVLC解码器的VLSI设计

4.1 设计目标

4.2 设计实现

4.2.1 缓冲器

4.2.2 首“1”检测器

4.2.3 控制器

4.2.4 coeff_token解码模块

4.2.5 T1_sign解码模块

4.2.6 level解码模块

4.2.7 total_zeros解码模块

4.2.8 run解码模块

4.2.9 level和run合并模块

4.2.10 读指针更新模块

4.3 本章小结

5 设计的验证和综合

5.1 验证方案

5.1.1 RAM

5.1.2 测试向量

5.1.3 testbench

5.2 功能仿真

5.3 综合及门级仿真

5.4 设计的性能评估

5.5 本章小结

6 结论

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录CAVLC相关码表

作者简历