AVS论文：AVSFPGA编码器熵编码插值

1、AVS论文：AVS FPGA 编码器熵编码插值【中文摘要】近年来,随着数字信号处理技术的发展，给视频和音 频信号的处理和存储带来了一次革命，表现为将模拟信号转换为数字 信号进行处理和存储。这也随之带来了数字信息处理量过大的问题，表现为从模拟信号转换为数字信号的原始数据量是巨大的。随着对视频图像质量要求的提高，数据量将会继续增大，这就给数字信号的处 理和存储带来了巨大的挑战。为了压缩这个数据量，诞生了视频压缩技术,即用更小的数据量来表示的视频图像信息的方法。综上所述，设计基于当前流行的视频编码标准的编码器，具有广泛而深远的科研 与市场价值。本文就是在研究了目前先进视频编码标准（MPEG-4H.2

2、64、AVS 等）的基础上，提出了一个基于 AVS 标准（Audio and Videocoding Standard）的编码器的硬件设计结构，并对该结构中的熵编码 与插值部分进行了详细分析与研究，对具体实现的功能细节用 Verilog HDL语言进行了编写，并在 ISE 开发环境中进行仿真，最终在 Virtex 5 开发板中完成了在线测试验证。实验结果表明，该编码器的 熵编码与插值部分能够完成 AVS 标准对图像的实时编码处理要求，并 可以下载到 FPGA 芯片中完成编码器的指定操作。本文所做的工作以 及创新点如下：（1）调研目前流行的视频编码标准发展现状，着重研究 了 AVS 视频标准以及

3、该标准下对图像处理编码的方法，并认真学习了 标准中的熵编码部分与插值部分，弄清这两部分的工作原理。（2）学习 当前嵌入式视频处理的方法，调研 FPGA 技术的发展现状和功能特点。掌握 FPGA 芯片的开发流程、Virtex 5 系列芯片的功能特点以及软硬 件开发环境 ISE、仿真验证环境 ModelSim SE 的操作方法，学习 Verilog HDL语言的编程方法。（3） 在对 AVS 标准熵编码部分进行深 入研究的基础上，本文结合 FPGA 芯片的特点，提出了一种两选择器单 周期并行检测Exb-Golomb 码字位数的编码方法，即“首位 1”快速检 测算法。并设计了一种采用 32 位数据输

4、出码流的硬件实现结构。同 时，还给出了一种用FIFO 来暂存 Exb-Golomb 码流的方法，解决了宏块 头数据与量化残差数据的同步连接问题，不但提高了编码器的工作频 率,也减少了硬件资源的占用。（4）本文对 AVS 标准的插值算法进行优 化设计,提出了一种数据组合填充模块的结构设计，即开辟专用存储 区域,对参考样本数据进行暂存处理，从而提高了读取插值数据的速 度。特别是采用高阶次的滤波器对1/2 像素、1/4 像素进行一步插值，实现了在单周期内快速完成一行与一列数据的插值算法，从而减少了运算时间。本文根据 FPGA 硬件设计的特点，采用移位与加法运算来替 代乘法运算，大大提高了编码器的效率

5、。（5） 本文设计了一种用 Verilog HDL语言实现的 FPGAg 件结构，并对其进行仿真验证和综合，给出了实验结果与数据。本文将熵编码与插值部分的硬件编程语言综 合后下载到 Virtex5 芯片中，进行了在线测试验证。选择一幅实验图 像,首先用 rm52j 软件（AVS 标准参考代码软件）进行分析，得出结果，然后与本论文的上板测试结果进行对照，证实了这两部分硬件设计的 正确性和实时性。【英文摘要】In the rece nt years,with the delelopme nt ofdigitaltech no logy,thereis a revoluti onaryof rest

6、orati onanddisposal of video and audio sig nal,which tran slates an alog signal intodigitalsignal.But the digital signalinformationis too much .If you want to in prove the quality of image,the nu mber will begradually in creas in g.Thts is a great challe nge of restroati on anddisposal of digital si

7、g nal.l n order to decrease the information,thecompression of video signal cameinto being,which means using little information to show more image informatio nsig nal.As in known to all,thedes in gatio n ofa En coder which can decrease in formati on and reta in the qualityof image,has widely value of

8、 scie nee and market.This paper propose aintegrityof Encoder which can handle of image signalin the foun dati on of the in troducti on of moder n video sta ndard,such asMPEG-4,H.264/AVC,AVS,a nd gives a full introductionof theimplement of the process of Entropy codingand Interpolation part of the Encoder,and uses Verilog HDL Ian guage toprogram it. At last,this paper use software and hardware en vir onment toverify the two part of the En coder by using Virtex 5 chips on line.Theresults shows that the two parts can handle of the image coding momentlyand c