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基于手持设备的多标准解码器：-H.264/AVC，AVS，和MPEG-4的研究

作　者: 黄照熙
导　师: 付宇卓；林福辉
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: AVS H.264/AVC MPEG-4 解码器块效应运动补偿编解码硬件复用 codeword block decoded 手持设备 module video 码流 cache 滤波模块硬件开销变长编码滤波器系数
分类号: TN764
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

手机不仅成为一种大众普及的通信工具,同时也成为一个便携式的影音娱乐平台。与此同时,伴随着3G,4G技术在不远的将来的应用,手持设备也必将拥有更高的数据传输速率,手机电视的应用也将得以普及。目前国际通用的,最先进的视频信源编解码标准H.264/AVC,必将成为手机电视视频的一种主流编解码标准。在我国,具有自主知识产权的,性能接近H.264但实现复杂度较H.264来的低的新一代音、视频编解码标准AVS已经在2006年成为国家标准。两大手机电视标准的候选者CMMB和CDMB均明确表示支持AVS成为其信源编码标准之一。此外,目前主流的多媒体娱乐影音便携设备都支持对MPEG-4 码流的解码,再加上市面上已经存在很多供手持式设备使用的MPEG-4片源。基于以上的应用事实,针对手持式设备,本论文提出一种支持三种标准的码流,即H.264/AVC标准中的BL@L2, AVS标准中的JiZhun@L2.1和MPEG-4标准中的ASP@L2的解码器设计。在研究中主要侧重两方面,一是多标准之间相同模块的硬件复用,另一个是针对个别模块的性能优化。在硬件复用方面,我们主要关注码流解析,熵解码,反余弦变换,运动补偿和去块效应模块的多标准硬件的复用和共享。对于码流解析器,大量的保存中间信息的寄存器可以在三个标准之间充分共享。H.264/AVC, AVS和MEPG-4的熵解码均采用查变长码表的办法,合并不同码表之间相同的码字的方法可以在一定程度上缩小码表。这对于内置的硬连线式码表很有意义。将AVS和MEPG-4的基于8×8的反余弦变换核改写为迭代形式的基于4×4的反余弦变换,使得在一套硬件上实现三种标准的反余弦变换成为可能。三个标准均支持1/4象素精度的运动补偿,在运动补偿模块中引入三种标准共享的cache,能有效降低冗余数据读取率。此外,修改AVS中差值法采用的滤波器系数,一方面使得设计更加规整,另一方面也加快了数据吞吐率。由于去块滤波在MPEG-4中是可选的,本论文对去块效应滤波模块的研究仅仅讨论AVS和H.264/AVC的去块效应滤波模块。两者相同的架构及流水线设计大大节省了硬件开销,此外公用的片内存储空间也进一步降低了硬件开销。总的说来,通过以上这些公用措施,与单一标准的解码器相比,多标准的设计在面积和逻辑门数量上节省了约25%。在性能优化和提高方面,我们主要关注解变长编码,运动补偿和去块效应滤波这三个模块。影响解变长码吞吐率的主要因素是变长码解码路径中的长反馈回路。此外处理逃逸码也需要花销额外的时间。针对MEPG-4,我们提出了一种并行的逃逸码,正常码探测机制,加速了解码过程中对逃逸码的处理。对于AVS,我们提出了解码字和查码表并行运行的机制,有效缩短了反馈路径,提高了吞吐率。在运动补偿模块中,我们提出了基于象素行的,直接映射的cache,大大降低了冗余数据的读取,提高了数据总线的利用率。在去块效应滤波中,我们提出了三级流水的工作方式,并在不违背标准定义的滤波工作方式下,提出了新的边滤波次序,从而一方面减小了片内存储器空间,另一方面大大提高了滤波器的吞吐率。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-4
致谢  4-11
Chapter 1 Introduction  11-20
  1.1 Video Standard Introduction  11-17
    1.1.1 MPEG-4  12-14
    1.1.2 AVS  14-15
    1.1.3 H.264/AVC  15-17
  1.2 Organization and Contribution  17-20
    1.2.1 Low-cost Design Issue  18
    1.2.2 Performance Enhancement Issue  18-20
Chapter 2 Joint Standards Decoder  20-34
  2.1 Background  20
  2.2 Overview  20-22
  2.3 Syntax Parser  22-23
  2.4 Entropy Decoder  23-24
  2.5 Motion Compensation  24-28
  2.6 Inverse Discrete Cosine Transform  28-30
    2.6.1 Algorithmic Preview  28-30
    2.6.2 Integration Scheme  30
  2.7 De-blocking Filter  30-32
    2.7.1 Algorithmic Preview  30-31
    2.7.2 Integration Scheme  31-32
  2.8 Summary  32-34
Chapter 3 Performance enhancement issue  34-64
  3.1 VLD module  34-45
    3.1.1 Algorithmic Preview for MPEG-4 VLD  34-35
    3.1.2 Proposed Architecture for MPEG-4 VLD  35-36
    3.1.3 Experiment Results for MPEG-4 VLD  36-37
    3.1.4 Algorithmic Preview for AVS-P2 VLD  37-39
    3.1.5 Proposed Architecture for AVS-P2 VLD  39-42
    3.1.6 Experiment result for AVS-P2 VLD  42-43
    3.1.7 Introduction to H.264/AVC’s CAVLC  43-45
  3.2 MC module  45-53
    3.2.1 Background Review  45-46
    3.2.2 Characteristics In Motion Compensation  46-48
    3.2.3 Proposed Cache Solution  48-51
    3.2.4 Experiment Result  51-53
  3.3 De-blocking module  53-64
    3.3.1 Algorithmic Preview  53-57
    3.3.2 Proposed Architecture  57-63
    3.3.3 Experiment Results  63-64
Chapter4 Conclusions and Future Work  64-68
  4.1 Conclusions  64-65
  4.2 Future work  65-68
    4.2.1 Error robust  65
    4.2.2 Scalable Video Coding (SVC)  65-66
    4.2.3 Joint Source and Channel Design (JSCD)  66
    4.2.4 Multi-view Video Coding (MVC)  66-67
    4.2.5 Digital Rights Management (DRM)  67-68
Reference  68-71
硕士期间发表学术论文目录  71-73

基于手持设备的多标准解码器：-H.264/AVC，AVS，和MPEG-4的研究

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