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H.264数字视频编解码标准是目前最先进的视频编码标准,由ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/1EC的活动图像编码专家组(MPEG)组成的联合视频组(JVT)制定。它的编码效率很高,与以往的标准相比,在同样的重建图像质量下,其码率能降低50％左右,同时具有对网络传输具有更好的支持、较强的抗误码特性、可扩展性等良好特点,所以H.264数字视频编解码标准是视频编解码领域的一次革命,被良好的运用于各个领域。
在将视频进行编码的时候,首先将一幅完整图像分为多个宏块(MB),然后对这些小块分别进行变换、量化、排序、编码等处理。这样做的目的是为了加快处理速度,提高编码效率。实际上对图像的压缩是在宏块(MB)级进行的。所以,H.264系统中的预测部分是最核心的模块之一,分为帧内预测和帧间预测两部分。H.264的帧内预测包括9种4×4亮度块的预测模式、4种16×16亮度块的预测模式和4种8×8色度块的预测模式,3种不同大小的预测块和多达17种的预测模式:而帧间预测比帧内预测更加复杂。这使得在提高预测精度的同时,也使得硬件实现的复杂度和冗余度大大增加。
本文针对H.264标准的帧内、帧间预测解码进行了深入研究。根据帧内、帧间预测解码算法的特点,对预测电路的功能模块进行了划分。根据计算复杂度和硬件复用情况采用了并行处理和流水线技术来提高预测的效率,同时根据各模块不同的数据处理特点对计算方法进行了改进,并对硬件实现电路进行了优化。在帧内预测中采用流水线划分,每条流水线4路并行,同时改变预测算法内的预测顺序来提高预测速度;在帧间预测中则是根据不同模式下的预测方法不同而采用不同的有效参考像素来节约空间和时间从而实行效率的提高。
在用硬件描述语言完成各模块的电路设计后,对每个模块功能的正确性进行了相关的仿真验证和综合。