论文部分内容阅读
视频以其直观、高效等特性在数字电视、移动通信领域有着广泛的应用，视频技术也因而成为近年来的研究热点之一。视频压缩技术作为视频技术的一种，极大的促进了高清晰视频在实时传输与存储方面的应用。新一代视频压缩标准H.264是目前应用最为广泛的压缩标准，相比之前的标准，新技术的采用使得H.264在压缩性能方面有了极大的提升。然而，H.264帧内编码算法较高的算法复杂度和较强的数据依赖性使得编码过程需要消耗大量的时间，这极大的阻碍了H.264标准在实时通信中的应用。硬件结构模型因具有高并行性的特点使其相比软件模型在速度上更具优势，因此H.264帧内编码器硬件结构的设计与研究有着很好的应用前景和科研价值。 本文首先对视频标准的发展历程以及H.264硬件结构帧内编码器的国内外研究现状进行了介绍，指出了H.264硬件结构帧内编码器设计中常采用的一些结构优化方法。接着按从整体到部分的顺序详细介绍了H.264视频压缩标准以及帧内编码各算法，并提出了相关优化方法。对编码器以及编码器内各模块的结构进行了设计，用VHDL进行了实现，并进行了验证与综合。本文的主要创新点及成果体现在: (1)针对H.264帧内4×4预测块的依赖性特点，提出了一种三重流水的方法来提升编码速率。该方法包含宏块级流水、块级流水以及算法功能模块级流水。其中对块的扫描顺序进行了调整以满足块依赖性的要求。 (2)针对调整后的块扫描顺序，提出了一种新的块依赖关系来提高视频压缩质量。在新的块依赖关系中，更多的重建数据可以应用于预测过程，因而更多块的可选预测模式为所有的帧内4×4预测模式。 (3)针对帧内4×4预测算法，为了提高预测速度，减少计算冗余，提出了一种9种预测模式并行处理的方法。该方法将帧内4×4预测需要的所有算式作为整体进行设计，并行的处理9种预测模式所对应的16个像素点，共享不同算式中相同的计算部分。