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一种适用于H.264和AVS的自适应去块效应滤波系统的硬件架构设计及实现

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H.264/AVC是ITU-T与ISO/IEC共同制定的最新一代视频编码国际标准,具有非常高效的视频编解码效率，AVS（音视频编码标准）标准是中国自主知识产权的数字音视频编码标准，两者都是目前图像通信研究领域的热点问题。针对当前多媒体市场日益推出的多标准视频编解码芯片，研究并开发一种适用于当前两种最新视频标准的解码芯片也已成为一个热门话题。AVS与H.264/AVC两种标准在编解码结构上有较多的相似之处，也使得开发一种适用于两种标准的解码器更加可行。AVS和H.264较目前现有的标准而言在编码效率上大大提高，因此运算复杂度也大为增加，使得开发一个适用于两种标准的解码器具有很高的挑战性。本文致力于提出一种适用于H.264和AVS两种标准高清解码芯片的自适应去块效应滤波器的硬件架构设计。 首先介绍了视频压缩标准的发展，新标准H.264和AVS的概貌和新特点以及两种标准的比较，然后简要介绍了去块效应环路滤波技术，并且指出了本文需要解决的两大难题以及解决问题的步骤。而后，本文详细叙述了环路滤波技术的原理、对现有的去块效应滤波方法进行了分析，并指明了本文需要优化的方向。 接着，从算法层次叙述了H.264和AVS去块效应滤波的方法，并以AVS为例分析了去块效应滤波的运算复杂度，分析了两种算法的异同点，并且从异同点出发结合硬件架构设计的要求，优化了适用于两种标准的滤波算法。通过提取算法中的共有项对滤波算法进行了优化，减少了滤波单元所需三抽头滤波器的个数；针对两种标准最小滤波单元的不同，通过优化滤波数据组织降低了滤波控制的复杂度，减少了存储器的容量；根据优化后的数据组织结构和象素数据之间的依赖关系，合理组织滤波的顺序，通过改进滤波顺序使得对存储器的读写次数减半、当前宏块存储器的容量降低为1/4，使得水平边界的滤波可以流水进行，加快了滤波的进程；最后根据优化后的数据组织和滤波顺序优化了数据存储结构，通过适当增加本地存储器使得系统带宽降低了一半，从而为硬件架构的提出奠定了算法基础。 然后在算法分析和优化的基础上，本文提出了一种适用于H.264和AVS两种标准的可用于不同编解码器系统的去块效应滤波器架构。通过合理配置存储器存储结构的方法实现垂直和水平两个方向的滤波操作，从而提高运算速度。根据优化后的算法详细分析和讨论了标准滤波器、强滤波器、暂存单元、转置单元、控制单元等模块的硬件架构设计。通过对水平边界滤波采用流水方式进行、使得各功能模块可并行操作，从而充分提高硬件的工作效率、大大减少宏块滤波的时钟周期。 最后，在本文所提出的硬件架构的基础上，对部分模块用硬件描述语言进行实现，分析各功能模块的处理速度和性能，并在此基础上对总体设计进行性能仿真分析。仿真分析的结果表明，本文提出的硬件架构完成对一个宏块去块效应滤波仅需要360个时钟周期，完全能够符合高清实时解码的要求，具有良好的应用前景。

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