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《哈尔滨工业大学》 2006年
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基于H.264/AVC中整数变换与量化的研究及VLSI设计

程丽  
【摘要】: H.264视频编码标准是由ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)组成的联合视频组(JVT:joint video team)开发的一个新的数字视频编码标准。新的视频编码国际标准引入了当前视频编码中的许多新技术,使得在相同的重建图像质量下,其编码效率比H.263和MPEG-4高50%。H.264采用分层编码的思想,其关键技术包括帧内预测模式、帧间预测模式、多参考帧及高精度的运动估计、4×4块的整数变换和量化、去块效应滤波、可变长编码和基于上下文的算术编码等。 本文针对H.264中4×4块的整数变换原理作了详细研究。所采用的整数变换只需简单地通过加减法和移位操作完成,与传统的DCT变换相比它加快了变换速度,更加易于硬件实现。同时也能够减少块效应、振铃效应和反变换过程中的失配等问题。这种变换保证了变换精度,降低了计算的复杂度,峰值信噪比(PSNR)却只降低了0.02dB。 在硬件实现上,本文采用了蝶形快速算法。此算法能避免一些不必要的重复计算,在运算速度上具有独特的优势,且由于二维的整数变换可以分解为两次一维变换,所以对每次一维变换都可以采用此蝶形算法。针对一种并行结构速度快但是硬件面积大的缺点,本文在硬件实现的总体思想上做了改进:采用行列分离的变换方法,将行变换后的矩阵进行转置然后在同一硬件电路中进行列变换,4个时钟周期内就可以完成二维的整数变换过程。本文设计的整数变换模块硬件面积只有98195.4um2,门数与参考文献中的设计相比节省了约12.4%。同时由计算可得处理速度可达到400Mpixels/s(参考文献中的处理速度为320Mpixels/s)。 本文对H.264中4×4整数变换编码与量化的原理及算法进行了深入研究后使用Verilog硬件描述语言设计并实现了采用蝶形快速算法的16位整数变换模块和量化模块。利用Cadence公司的NC-Verilog仿真器对其进行了功能仿真。最后,调用TSMC的0.18um工艺库、使用Synopsys公司的综合工具Design Compiler对模块进行了综合,得到了门级网表文件。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN919.8;TN402

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 郁光珍;郑博;李松亭;赵不贿;;H.264/AVC整数DCT变换与量化的FPGA实现[J];电视技术;2011年09期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孙文邦;基于三维SDCT的视频压缩方法研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 仵小波;H.264/AVC中编码模式选择算法的VLSI设计与研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 李芳;基于H.264/AVC的视频编码技术研究与FPGA实现[D];重庆大学;2008年
3 李飞鹏;基于FPGA的H.264视频压缩编码系统研究与实现[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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2 倪伟,郭宝龙,陈龙潭,冯宗哲;H.264变换编码和量化算法的研究[J];计算机工程与应用;2004年03期
3 胡红旗,孙景楠;一种4×4整数变换的设计实现[J];计算机工程与应用;2005年33期
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐林玲;基于H.264的视频压缩关键技术的研究[D];国防科学技术大学;2003年
2 王凤琴;基于视频压缩标准H.264关键技术的研究[D];西北工业大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李其虎;任国强;吴钦章;王明富;;高速多级二维IWT的IP核设计与实现[J];半导体光电;2011年04期
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8 姜洪开;王仲生;;第二代小波包构造及发动机微弱损伤识别[J];北京航空航天大学学报;2007年07期
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10 李银波,高上凯;基于提升格式整数小波变换的超声图像压缩算法[J];北京生物医学工程;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘营;郝燕玲;王仁龙;;一种离散小波变换的优化并行硬件结构[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 尚丽娜;高广春;赵胜颖;;三级提升小波变换的硬件实现[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
3 张龙;何晶;许信玉;;H.264解码器中反变换的硬件实现[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
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5 陈大科;韩九强;;5/3提升小波变换及逆变换的FPGA设计方法[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
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7 程扬波;;上升型小波变换及其在突变信号检测中的应用[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
8 黄思齐;杨鲁平;刘桥;;一种适合JPEG2000的5/3离散小波变换硬件系统结构[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004年
9 岳鹏;;基于提升方法的9/7小波在TigerSHARC DSP上的优化实现[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年
10 亓璐;张勇;杨波;韩涵;;H.264标准中视频编码层技术的研究[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘营;雷达图像编码器的并行处理研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王咏胜;复数轮廓波变换的构造、扩展及其图像处理应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 宋国明;基于提升小波及SVM优化的模拟电路智能故障诊断方法研究[D];电子科技大学;2010年
4 杨族桥;DEM多尺度表达研究[D];武汉大学;2009年
5 张志勇;存储式活塞稳态温度测量装置的研究[D];华中科技大学;2011年
6 冯铁男;基于小波的蛋白质相互作用网络的研究[D];上海大学;2011年
7 徐晓东;基于CCSDS IDC星载图像压缩算法的FPGA实现技术[D];山东大学;2011年
8 王晓甜;基于信噪特征的遥感图像去噪方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 陈旭阳;主动式探测系统高质量检测、成像与识别方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 高伟;基于独立变量分析的盲反褶积研究[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘鹏;一种基于率失真模型的H.264码率控制算法的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
2 韦建威;基于OMAP5912的准在线故障诊断系统软件平台关键技术研究[D];郑州大学;2010年
3 陶宝泉;基于SOPC的网络视频监控头的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 辛涛;基于混合神经网络的视频序列压缩与加密算法研究[D];大连理工大学;2010年
5 张学梦;基于小波理论的水下图像后向散射降噪研究[D];中国海洋大学;2010年
6 黄建伟;基于小波分析的图像压缩的研究[D];合肥工业大学;2010年
7 逯仁虎;基于整数小波变换的无人机侦查图像的压缩[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 孙琦;非参数限定支持域图像盲复原算法的研究[D];长春工业大学;2010年
9 李占魁;小波分析在机车信号记录数据压缩存储中的应用[D];北京交通大学;2010年
10 邓海兵;基于提升小波变换方法的视觉和听觉诱发脑电信号单次提取[D];华东理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许晓燕,李莉莎,张家谋;基于块连续性的自适应帧差预测3D-DCT编码[J];北京邮电大学学报;1999年01期
2 杜相文,陈贺新,赵志杰;彩色视频的四维MDCT及矩阵量化编码[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年S1期
3 齐丽凤;陈贺新;赵岩;;音视频同步压缩编码算法[J];吉林大学学报(信息科学版);2007年02期
4 姚栋,虞露;H.264指数哥伦布码解码部件的硬件设计和实现[J];电视技术;2004年11期
5 梁亚玲,刘静,杜明辉;H.264中块运动估计及其发展趋势[J];电视技术;2005年S1期
6 于小燕;赵不贿;郑博;吴长江;;基于FPGA的H.264帧内预测算法研究[J];电视技术;2010年05期
7 许晓燕,李莉莎,张家谋;块活跃性自适应帧差预测3D-DCT编码的研究[J];电视技术;1998年08期
8 齐淋淋,向健勇;H.264视频压缩关键技术及其应用前景[J];电子科技;2005年10期
9 朱艳秋,陈贺新,戴逸松;彩色图像三维矩阵变换压缩编码[J];电子学报;1997年07期
10 狄红卫,余英林;XYZ视频图像压缩编码[J];电子学报;2000年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 杜相文;面向对象的彩色视频四维矩阵DCT编码[D];吉林大学;2005年
2 王福龙;基于DCT和小波变换三维视频编码的研究[D];华南理工大学;2001年
3 陈红新;基于提升小波的嵌入式图像与视频编码算法研究[D];天津大学;2006年
4 赵志杰;基于多维矩阵理论的彩色图像和视频编码研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石迎波;MPEG-4视频编码系统的研究与实现[D];西安电子科技大学;2005年
2 周宁兆;视频编码标准H.264及其快速实现算法研究[D];西安电子科技大学;2005年
3 洪思华;H.264解码芯片宏模块部件的VLSI设计[D];哈尔滨工业大学;2006年
4 姜明俊;H.264帧内帧间预测算法的优化[D];西安电子科技大学;2007年
5 魏芳;H.264视频编码系统的硬件设计与研究[D];山东大学;2007年
6 黄菠;基于FPGA的H.264熵编码的研究与设计[D];电子科技大学;2007年
7 刘文俊;H.264帧内预测算法优化及几个重要模块的FPGA实现[D];电子科技大学;2007年
8 杨海池;基于H.264帧间预测解码的研究及高效VLSI实现[D];西安电子科技大学;2008年
9 闻艳霞;视频信号数字化采集与显示[D];南京航空航天大学;2008年
10 何春芬;基于FPGA的H.264帧内预测与帧间预测设计[D];重庆大学;2009年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 刘昊;吴君钦;;“类整数DCT”变换快速并行算法的硬件实现[J];电视技术;2013年07期
2 吴炜炜;岑峰;;DCT硬件实现的通用性探究[J];微型机与应用;2013年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 梁盼;基于FPGA的H.264视频解码IP核的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴浩;H.264关键算法及软硬件协同设计研究[D];大连理工大学;2010年
3 孙黎明;高帧频CMOS相机图像处理系统设计[D];西安工业大学;2011年
4 魏维;支持MBAFF运动估计引擎的VLSI设计与研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 魏百申;基于H.264与FPGA的网络监控系统的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 韩帅;高可靠性DSP+FPGA高清视频编码器优化设计[D];西安电子科技大学;2013年
7 张威;复合视频图像实时解码算法及硬件实现研究[D];西安电子科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 廖明,冯穗力,叶梧;两种实时、低码率视频编码的运动估计搜索算法[J];电视技术;2003年03期
2 楼剑,陆亮,虞露,董洁;H.264标准的特点及其改进研究[J];电视技术;2003年06期
3 王嵩,薛全,张颖,陈建乐;H.264视频编码新标准及性能分析[J];电视技术;2003年06期
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6 丁贵广,郭宝龙;多媒体数据压缩标准化的现状与发展[J];计算机工程与应用;2002年01期
7 倪伟,郭宝龙,陈龙潭,冯宗哲;H.264变换编码和量化算法的研究[J];计算机工程与应用;2004年03期
8 朱跃生,马维祯;利用快速W变换计算离散sine变换及离散cosine变换的新算法[J];数据采集与处理;1990年03期
9 徐林玲,林嘉宇;H.26L中整数变换的研究及改进[J];通信技术;2003年10期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周敬利;向东;陈加忠;余胜生;;一种用于视频编码的低复杂度整数变换[J];计算机科学;2006年02期
2 何书前;邹昉楠;;基于H.264低复杂度的变换与量化研究[J];海南广播电视大学学报;2007年03期
3 朱琪;朱灿;;基于H.264整数变换和量化的研究与软件优化[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2006年01期
4 李戌祯;冀小平;武中力;;H.264/AVC视频编码新技术研究[J];科技情报开发与经济;2007年30期
5 郭秀江;朱秀昌;;三维视频编码中的整数3D-DCT变换和量化[J];信号处理;2006年01期
6 黄志刚;雷凯;李挥;;H.264Baseline中ITIQ模块的硬件实现[J];电子技术应用;2008年06期
7 刘庆利;田秀华;;基于新一代视频压缩编码标准H.264的研究[J];软件导刊;2008年09期
8 王彦杰;邓记才;李玖玲;;H.264运动估计算法优化研究[J];信息化研究;2009年01期
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10 孙倩;岑峰;余有灵;;视频压缩中算术编码的研究与发展[J];硅谷;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张云;郁梅;蒋刚毅;;H.264视频编码标准中的低复杂度量化新方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
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3 刘方;段晓辉;王道宪;杨光临;詹超慧;;H.264编码器在TMS320DM642上的存储空间分配方案[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
4 王中元;胡瑞敏;田纲;李明;;整数DCT变换中变换基的通用生成算法[A];第二届和谐人机环境联合学术会议(HHME2006)——第15届中国多媒体学术会议(NCMT'06)论文集[C];2006年
5 刘畅;祝烈煌;杨昊;王宏远;王龙颜;;一种视觉质量可控的H.264选择性视频加密方案[A];2010年全国通信安全学术会议论文集[C];2010年
6 黄欢欢;王月蓉;冯少华;;H.264编码技术及其应用[A];计算机研究新进展(2010)——河南省计算机学会2010年学术年会论文集[C];2010年
7 肖鹏;胡栋;;基于窄量化约束集的H.264视频超分辨率重建方法[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
8 高俊巍;贾克斌;;应用H.264技术的嵌入式视频监控系统[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年
9 孟利民;陶水娟;王学智;;基于CDMA2000实时流媒体传输设计[A];中国电子学会第十七届信息论学术年会论文集[C];2010年
10 陶品;杨春博;杨士强;;变速率流媒体传输中的缓冲管理[A];第二届和谐人机环境联合学术会议(HHME2006)——第15届中国多媒体学术会议(NCMT'06)论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 电脑报评测实验室;首席电视官视频压缩盒[N];电脑报;2002年
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3 ;城里的与城外的[N];计算机世界;2003年
4 天津 电子南瓜;视频压缩工具[N];电脑报;2001年
5 山佳;视频压缩“硬武器”[N];计算机世界;2003年
6 陈锋;为Windows server 2003加装视频压缩[N];电脑报;2004年
7 ;视频压缩软件进军监控领域[N];中国财经报;2001年
8 广文;如何制作理想的影音文件[N];中国计算机报;2003年
9 ;利用有限带宽 体验视频通信[N];计算机世界;2004年
10 刘晖;不尽MPEG流滚滚来[N];计算机世界;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨金;H.264可伸缩视频编码码率控制算法研究及其应用[D];电子科技大学;2011年
2 向东;基于H.264框架的运动估计和变换研究[D];华中科技大学;2006年
3 王宝亮;基于H.264的多视点立体视频关键技术研究[D];天津大学;2010年
4 韩从道;基于H.264的视频快速压缩技术研究[D];浙江大学;2011年
5 纪秀花;图像/视频压缩技术中若干关键问题的研究[D];山东大学;2009年
6 王洪君;H.264运动估计快速算法研究及编码器DSP实现[D];天津大学;2009年
7 张维纬;基于H.264的版权保护和内容认证数字视频水印算法研究[D];北京邮电大学;2013年
8 刘云峰;基于嵌入式Linux的视频编解码技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013年
9 李海燕;基于流体系结构的H.264视频压缩编码关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
10 崔子冠;基于率失真模型的H.264码率控制技术研究[D];南京邮电大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭海丰;基于H.264的视频压缩技术及其在网络视频监控系统中的应用研究[D];浙江大学;2005年
2 钱方远;基于H.264的视频压缩技术及其在网络视频监控系统中的应用研究[D];北京邮电大学;2008年
3 徐林玲;基于H.264的视频压缩关键技术的研究[D];国防科学技术大学;2003年
4 于云娣;H.264的编码器优化及信息在网络中实时传输研究[D];华北电力大学(北京);2006年
5 贾超广;基于H.264的网络分布式视频监控系统的设计[D];国防科学技术大学;2004年
6 林熙;基于IP网络的数字视频监控系统关键技术的研究与应用[D];武汉理工大学;2006年
7 柏海涛;H.264/AVC编解码算法分析与优化[D];四川大学;2005年
8 柳书涛;基于H.264视频加密算法的研究[D];西安电子科技大学;2007年
9 俞雄杰;H.264 CAVLC熵编码器设计[D];华中科技大学;2006年
10 程丽;基于H.264/AVC中整数变换与量化的研究及VLSI设计[D];哈尔滨工业大学;2006年
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