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AVS視頻皮爾茲PILZ編碼器的熵編碼與插值
近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，給視頻和音頻信號(hào)的處理和存儲(chǔ)帶來(lái)了一次革命，表現(xiàn)為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。這也隨之帶來(lái)了數(shù)字信息處理量過(guò)大的問(wèn)題，表現(xiàn)為從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的原始數(shù)據(jù)量是巨大的。隨著對(duì)視頻圖像質(zhì)量要求的提高，數(shù)據(jù)量將會(huì)繼續(xù)增大，這就給數(shù)字信號(hào)的處理和存儲(chǔ)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

AVS視頻皮爾茲PILZ編碼器的熵編碼與插值
為了壓縮這個(gè)數(shù)據(jù)量，誕生了視頻壓縮技術(shù)，即用更小的數(shù)據(jù)量來(lái)表示更多的視頻圖像信息的方法。綜上所述，設(shè)計(jì)基于當(dāng)前流行的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的皮爾茲編碼器，具有廣泛而深遠(yuǎn)的科研與市場(chǎng)價(jià)值。就是在研究了目前*視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-4、H.264、AVS等）的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)基于AVS標(biāo)準(zhǔn)的皮爾茲編碼器的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)該結(jié)構(gòu)中的熵編碼與插值部分進(jìn)行了詳細(xì)分析與研究，對(duì)具體實(shí)現(xiàn)的功能細(xì)節(jié)用Verilog HDL語(yǔ)言進(jìn)行了編寫(xiě)，并在ISE開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行仿真，zui終在Virtex 5開(kāi)發(fā)板中完成了在線測(cè)試驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該皮爾茲編碼器的熵編碼與插值部分能夠完成AVS標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖像的實(shí)時(shí)編碼處理要求，并可以下載到FPGA芯片中完成皮爾茲編碼器的操作。 所做的工作以及創(chuàng)新點(diǎn)如下：調(diào)研目前流行的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀，著重研究了AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)以及該標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)圖像處理編碼的方法，并認(rèn)真學(xué)習(xí)了標(biāo)準(zhǔn)中的熵編碼部分與插值部分，弄清這兩部分的工作原理。學(xué)習(xí)當(dāng)前嵌入式視頻處理的方法，調(diào)研FPGA技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和功能特點(diǎn)。掌握FPGA芯片的開(kāi)發(fā)流程、Virtex 5系列芯片的功能特點(diǎn)以及軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境ISE、仿真驗(yàn)證環(huán)境ModelSim SE的操作方法，學(xué)習(xí)Verilog HDL語(yǔ)言的編程方法。在對(duì)AVS標(biāo)準(zhǔn)熵編碼部分進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合FPGA芯片的特點(diǎn)，提出了一種兩選擇器單周期并行檢測(cè)Exb-Golomb碼字位數(shù)的編碼方法，即“*1”快速檢測(cè)算法。并設(shè)計(jì)了一種采用32位數(shù)據(jù)輸出碼流的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，還給出了一種用FIFO來(lái)暫存Exb-Golomb碼流的方法，解決了宏塊頭數(shù)據(jù)與量化殘差數(shù)據(jù)的同步連接問(wèn)題，不但提高了皮爾茲編碼器的工作頻率，也減少了硬件資源的占用。對(duì)AVS標(biāo)準(zhǔn)的插值算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種數(shù)據(jù)組合填充模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種用Verilog HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的FPGA硬件結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證和綜合，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)。將熵編碼與插值部分的硬件編程語(yǔ)言綜合后下載到Virtex 5芯片中，進(jìn)行了在線測(cè)試驗(yàn)證。選擇一幅實(shí)驗(yàn)圖像，首先用rm52j軟件（AVS標(biāo)準(zhǔn)參考代碼軟件）進(jìn)行分析，得出結(jié)果，然后與本論文的上板測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，證實(shí)了這兩部分硬件設(shè)計(jì)的正確性和實(shí)時(shí)性。

AVS視頻皮爾茲PILZ編碼器的熵編碼與插值
即開(kāi)辟存儲(chǔ)區(qū)域，對(duì)參考樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存處理，從而提高了讀取插值數(shù)據(jù)的速度。特別是采用高階次的濾波器對(duì)1/2像素、1/4像素進(jìn)行一步插值，實(shí)現(xiàn)了在單周期內(nèi)快速完成一行與一列數(shù)據(jù)的插值算法，從而減少了運(yùn)算時(shí)間。根據(jù)FPGA硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，采用移位與加法運(yùn)算來(lái)替代乘法運(yùn)算，大大提高了皮爾茲編碼器的效率。