一种CABAC解码引擎的芯片实现

CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic coding)是H.264中所采用的一种高效熵编码,压缩率高,但结构复杂,硬件实现难度大。本文在P.Zhang 2008年的工作[1]基础上提出一种单周期CABAC解码引擎的优化实现方法,通过查表替换、分支预测、逻辑调整、反相器优化等关键路径优化方法和寄存器精简等面积优化方法进一步提高了解码性能。经过芯片验证,CABAC解码引擎性能提高到250Mbps,面积减少46%,峰值工作情形下功耗1.03mW,满足下一代视频编解码协议(QFHD)的需求。

H.264/AVC标准中基于CABAC的数字视频加密研究

分析和总结了用于新一代视频编码标准H.264/AVC加密的候选域,在此基础上提出了一种新的基于CABAC(基于上下文的自适应二进制算术编码)的数字视频加密方案,并给出了2种安全加密操作:RCME(规则编码模式加密)和BCME(旁路编码模式加密)实现了残差系数码字、运动矢量差码字和帧内预测模式的加密保护。实验结果表明,该方案具有较好的安全性、编码效率和误码顽健性。

基于HEVC标准的全高清CABAC编码器设计

2013年1月,新一代国际视频编码标准HEVC在视频编码专家组织和动态图像专家组织的合作下成功制定。HEVC视频标准采用了一系列关键技术如:灵活编码结构、大尺寸变换单元和改进的去方块滤波等,将码流压缩比率在H.264标准基础上进一步提高。基于上下文的自适应算术熵编码作为编码结构的最后一个环节,是视频图像压缩的重要过程。提出了一种全高清CABAC编码器硬件架构,可以实现1 080p视频图像的实时编码。

高效的CABAC熵编码器体系结构

CABAC是H.264/AVC视频压缩标准主要档次中采用的熵编码机制,其压缩效率比基本档次采用的CAV-LC高20%。由于其中的上下文管理和算术编码需要进行很多存储器访问和ALU操作,CABAC计算复杂度较高,在传统的可编程器件中实现效率较低。本文设计实现了一种七级流水的CABAC熵编码器体系结构,通过将上下文存储器访问、算术编码和正规化、码流输出等任务均衡地分配到七栈流水线中,可以高效地进行二进制算术编码,最终实现每个节拍处理一个二进制符号。采用Verilog HDL语言实现该体系结构的RTL级模型,模拟结果显示其编码结果和J M10.2完全一致;在0.13μm CMOS标准单元工艺典型条件下进行综合,提出的流水线结构工作频率可以达到1.2GHz,从而可以满足RDO模式下SIF格式视频和非RDO模式下HD视频的熵编码需求。

CABAC熵编码机制下有效的变换域码率估计技术

CABAC是H.264/AVC视频压缩标准中采用的一种熵编码机制,结合RDO模式选择技术,可以降低20%的码率.在RDO模式选择过程中,需要对编码块的每一种候选模式进行熵编码以获得编码位数,这在很大程度上增加了视频编码的计算复杂度.为了避免复杂的Lagrange耗费计算,本文第一次提出了一种CABAC熵编码机制下的变换域码率估计方法,基于量化变换系数和运动向量差对熵编码位数进行估计.在此基础上,本文将码率估计技术应用在RDO模式选择中,提出了基于码率估计的快速模式选择算法,减少了模式选择的计算时间.模拟结果显示,本文提出的CABAC熵编码机制下的变换域码率估计技术在对编码性能影响不大的情况下,减少了模式选择中51%的率失真耗费计算时间,采用全搜索运动估计算法时,节省33%的总编码时间.

基于运动矢量差(MVD)的CABAC新算法

在H.264/AVC视频编码标准中,基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)主要应用于主要档次中,并且具有较高的压缩效率。首先分析了CABAC编码原理和运动矢量差(MVD)各分量的上下文模型选择原理,而后提出了在帧间编码分割块尺寸下,充分地利用当前块MVD与当前块MV的相关性、当前块MVD与已编码相邻块MVD的相关性以及当前块MVD中各分量之间相关性的CABAC优化算法(CABAC_1算法)。通过实验表明:较基准CABAC算法,CABAC_1算法一方面能有效地降低2%左右的编码时间及确保了编码序列的视觉质量;另一方面能够有效地节约在编码中帧间编码帧的码流(比特流),其中P帧平均节约了10%左右的比特流,B帧节约了5%左右的比特流。因此,CABAC_1算法是一种有效的优化算法。

一种基于H.264 CABAC的视频加密方案

基于块的数字视频编码一般包括运动估计、残差块变换和熵编码三个阶段。针对传统的视频加密方案是对第二阶段中的残差变换系数进行的加密,提出了一种基于H.264CABAC熵编码的视频加密方案。该方案充分利用了流密码加密简单、运算快的优点,将加密过程置于视频编码的第三个阶段。并利用可灵活配置的加密模块和密文反馈模式,增强加密的安全性。理论分析和实验结果表明,提出的算法具有计算简单、安全高效、易于实现、不改变视频格式和压缩效率的优点。

一种高效的H·264 CABAC解码器的VLSI结构

提出一种H.264/AVC中基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)解码器的硬件设计方法,在采用并行结构的基础上,给出了一种高效的VLSI实现方案.采用两级有限状态机结构控制宏块解码过程,并通过对残差系数存储器的定时清零解决了数据存储耗时的问题,大大降低了解码控制的复杂度,从而提高解码速度,达到每1至2个时钟解出1比特.仿真结果表明,该方案能满足H.264/AVCmain profile CIF 30fps实时解码的要求.

算术熵编码CABAC

文中研究基于上下文的自适应二进制算术熵编码(CABAC),并对其计算复杂度进行了深入的分析。CABAC被新一代视频编码标准H.264所采用,使得H.264的压缩性能得到极大提升。

基于H.264的CABAC解码算法改进研究

针对H.264 Main profile中采用的CABAC解码算法,分别从逆二进制化数据查表、常规解码器归一化过程查找表和子区间定位查找表三个方面进行改进,避免了之前表格查找及分支判断耗费大量的时间,并在一定程度上减少了存储空间的使用,降低了解码时间。经过测试,改进后的算法在速度上提高了45%左右,有一定的实用价值。

基于多线程的CABAC并行编码方法

CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding)是H.264/AVC主要档次以上配置中推荐采用的熵编码方法。相比其他的熵编码方法,CABAC能够节省编码码率,但其计算串行性强,不能较好适应片上多核环境。针对这一问题提出了基于多线程的CABAC并行编码方法。大量实验统计表明,该方法负载划分较为均衡,对序列熵编码的单独加速比最高可达1.78。

CABAC在H.264/AVC中的应用

H.264/AVC是由国际电信联盟和国际标准化组织共同制定的新一代视频编码标准。在该标准中,规定了两种熵编码的模式,即基于上下文的自适应二进制算术编码(Context-bsaedAdaptiveBinaryArithmeticCoding,CABAC)和基于上下文自适应可变长编码(Context-bsaedAdaptiveVariable-LengthCoding,CAVLC)。其中,CABAC作为一种新型的熵编码方法,将自适应技术、上下文模型化和二进制算术编码有地的结合在一起,达到了较高的压缩效率,CABAC的框架中还使用了一些新颖的方法,使得CABAC在软硬件的实现上更加方便。为了验证CABAC的实际效果,笔者应用参考程序对其进行了直观的测试,实验结果表明:在相同图像质量下,CABAC和CAVLC相比的确能节省较大的平均比特率。

一种新型H.264 CABAC编码器硬件结构设计

提出一种基于H.264的上下文自适应二进制算术编码器硬件设计方法。本设计中包含一个由二进制化以及上下文模型组成的14组并行上下文对产生器,一个抓取邻近区块数据的三级流水线结构以及一个内含前馈处理且融合三种模式的四级流水线结构的算术编码器。该算术编码器可以一个时钟处理一个位元;整个设计平均每个时钟处理0.77个位元。

CABAC中等概率符号的并行解码算法

在CABAC中,较大的MV和Level首先二进制化为指数—哥伦布码,然后由算术编码引擎作为等概率符号逐位编码。指数-哥伦布码由前导1部分和定长编码部分组成。针对前导1部分和定长编码部分分别提出一种多二进制位并行解码算法。实验结果表明该算法相比逐位解码可以提供多达2.5倍的加速。

全高清CABAC解码器的设计与实现

提出一种针对H.264标准的CABAC解码器的硬件加速器的设计方案。通过采用高效的状态机和良好的SRAM组织结构,使平均解码速率达每周期1bit,可以解码基于高档次的H.264码流,实现对高清码流(1920×1088)的实时解码,在中芯国际0.18μm工艺标准单元库的基础上进行综合,面积占47444门,工作时钟频率达196MHz。

基于FPGA的CABAC算术编码器设计

提出一种高效率的基于上下文的自适应二进制算术熵编码(CABAC)的算术编码架构.CABAC是新型H.264/AVC视频压缩标准采用的熵编码机制.当代超高清视频技术的发展,对算术编码的压缩效率提出了越来越苛刻的要求.但CABAC算法复杂度高,硬件实现难度大.为了满足CABAC的性能要求,提出一种快速高效的算术编码硬件加速器,通过采用双路径存储上下文和多级流水线设计,消除了数据依赖,用很小的代价获得了较高的吞吐率.

H.264/AVC标准中的CABAC应用研究

H.264/AVC是由国际电信联盟(ITU)和国际标准化组织(ISO)共同制定的新一代视频编码标准。他的熵 编码方案采纳了基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)。CABAC是一种高效的熵编码,他利用上下文建模来降低 符号间的冗余度,并且能够自适应码流的统计信息,获得很高的编码效率。深入研究了CABAC中的二进制化、上下文建模 和自适应二进制算术编码器,并进行了相应的试验。实验结果表明:在相同的图像质量下,CABAC和CAVLC相比节省 6%～15%的码率。

一种基于CABAC的HEVC信息隐藏算法

针对现有基于HEVC视频信息隐藏算法中存在的嵌入容量和嵌入效率较低的问题,提出一种基于CABAC的HEVC信息隐藏算法。通过分析熵编码过程中指数哥伦布编码后缀与语法元素值的相关性,阐述使用指数哥伦布编码后缀作为信息嵌入载体的可行性,并选择语法元素abs_mvd_minus2经过一阶指数哥伦布编码产生的后缀作为嵌入载体,结合矩阵编码修改后缀值完成秘密信息的嵌入。实验结果表明,该算法对信息嵌入后重建视频图像的主客观质量基本没有影响,在减少载体修改量的同时,得到了较大的嵌入容量和较高的嵌入效率。

基于H.264/AVC标准的CABAC算法研究

文章首先对H.264/AVC标准进行了简要介绍,然后分析了H.264标准中所涉及到的关键技术:帧间预测、帧内预测、DCT变换以及熵编码技术等,重点对基于上下文自适应的二进制算术熵编码(CABAC)进行了研究。在CABAC上下文模型的建立,预编码,分析其概率模型估计及更新办法中对基于表格的二进制算术编码(利用查表方式)进行了重点研究,有效的降低算法复杂度。

H．264中的CABAC熵编码研究

H．264在主要档次中采用了基于上下文的自适应二进制算术编码CABAC。CABAC是一种高效的熵编码方法，它在计算的复杂度和编码效率之间作了折衷，建立了基于查表的概率模型，对乘法运算也作了优化。阐述了CABAC的编解码过程，对归一化操作和ModelNumber的选取进行了分析，并将其与CAVLC在编码性能上做出比较。