[發明專利]高性能自適應二進制算術編碼器

有效

• 申請號: 201110057720.8
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102176750A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 宋銳;李云松;崔弘飛;賈媛;王養利;吳成柯;李宏偉;肖嵩;杜建超;裘陸君;韓晶晶;劉翔;孫銘若
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于視頻處理技術領域，涉及算術編碼器結構，可用于超大規模集成電路VLSI設計。

背景技術

未來的社會將是信息化的社會。數字化的信息，尤其是數字化后的視頻和音頻信息，具有數據海量性的特點，給信息的存儲和傳輸造成很大的困難，成為阻礙人類獲取和使用有效信息的瓶頸之一。視頻信息具有一系列優點，如直觀性，確切性，高效性，廣泛性等等，但是信息量太大。要使視頻得到有效的應用，必須解決編碼壓縮率和解碼圖像質量的問題。這兩者是相互矛盾的兩個方面。因此，研究和開發新型有效的多媒體數據壓縮編碼方法，以壓縮的形式存儲和傳輸這些數據將是最好的選擇。在視頻編碼標準H.264中，視頻數據按照宏塊為單位編碼，當前宏塊減去預測宏塊，得到殘差宏塊。對殘差宏塊進行變換、量化，得到量化系數；對量化系數進行zig-zag掃描后進行熵編碼；將熵編碼后的結果遞交到網絡層進行傳輸。

熵編碼作為H.264標準中的關鍵技術對提高整個系統的編碼效率至關重要。熵編碼由兩部分組成，一個是基于可變長度編碼的編碼方式，包括基于上下文的自適應可變長編碼CAVLC和指數哥倫布編碼；另一個是基于算術編碼的編碼方式，即基于上下文的自適應二進制算術編碼CABAC。這兩種編碼方法都是利用了自適應的上下文模型來提高編碼的效率。與CAVLC相比，CABAC可使碼率降低9-14％，但是計算復雜度增加了25-30％。在實際應用中，可以采用這兩種編碼方法中一個作為系統的實際編碼方法。

H.Shojania等人在文章“A?High?Performance?CABAC?Encoder”The?3rd?International?IEEE?NEWCAS?Conference，2005，pp.315-319中，提出了一種二進制算術編碼器結構。這種結構對二進制算術編碼中常規模式和旁路模式進行復用，但是并沒有采用一種有效的流水線結構，降低了二進制算術編碼器的處理速度，達不到高清視頻的編碼要求。L.F.Li等人在文章“A?CABAC?Encoding?Core?with?Dynamic?Pipeline”IEEE?Asia?Pacific?Conference?on?Circuits?and?Systems，2006，pp.760-764中提出了一種基于動態流水線結構的二進制算術編碼器。這種結構雖然采用了動態流水線，簡化了算術編碼器的處理復雜度，但是編碼速度達不到一個時鐘周期編碼一個比特數據。R.R.Osorio等人在文章“High?Throughput?Architecture?for?CABAC”IEEE?Transactions?on?Circuits?and?Systems?for?Video?Technology，pp.16-20，2006中，提出了一種高速二進制算術編碼器結構。該結構可以實現一個時鐘周期編碼2個比特數據的編碼速度，但是編碼器結構過于復雜，而且增加了硬件資源的消耗。

發明內容

本發明的目的在于克服上述背景技術中存在的缺陷和不足，提供一種高性能自適應二進制算術編碼器，以簡化編碼器結構，提高編碼速度。

實現本發明的自適應二進制算術編碼器，包括：概率模型存儲模塊、概率模型更新模塊、編碼狀態更新模塊、歸一化模塊和寄存器組，其中：

概率模型存儲模塊，包括讀地址產生單元、寫地址寄存單元、概率模型存儲單元、選擇單元和緩存寄存單元，讀地址產生單元用于產生概率模型存儲單元的讀地址，該讀地址經過寫地址寄存單元得到概率模型存儲單元的寫地址，選擇單元用于在概率模型存儲單元和緩存寄存單元之間進行選擇，該緩存寄存單元用于緩存算術編碼過程中更新的概率模型；

歸一化模塊，包括前綴零檢測單元、編碼狀態區間移位單元、編碼狀態下限移位單元，該前綴零檢測單元通過檢測算術編碼狀態區間中前綴零的數目確定編碼狀態區間移位單元和編碼狀態下限移位單元的移位次數；

所述概率模型存儲模塊與概率模型更新模塊之間插有第一寄存器組，所述編碼狀態更新模塊與歸一化模塊之間插有第二寄存器組，形成三級流水結構。

上述的自適應二進制算術編碼器，其中所述的讀地址產生單元，包括基地址產生器、偏移地址產生器和加法器，基地址產生器產生概率模型的基地址輸入給加法器，偏移地址產生器產生概率模型的偏移地址輸入給加法器，加法器對基地址和偏移地址相加，得到讀地址。

上述的自適應二進制算術編碼器，其中所述的概率模型存儲單元，由一個大小為470×7比特的雙端口靜態隨機存儲器RAM構成。

上述的自適應二進制算術編碼器，其中所述的緩存寄存單元由最大概率字符寄存器和概率狀態寄存器組成。